Czym jest izolacja i dlaczego ulega degradacji?

Czym jest izolacja i dlaczego ulega degradacji?

Izolacja elektryczna ulega z czasem stopniowej degradacji z powodu różnych naprężeń, które są wywierane na nią podczas normalnej eksploatacji. Izolacja została zaprojektowana tak, aby wytrzymywała te naprężenia przez wiele lat, czyli przez przewidywany okres eksploatacji tej izolacji. Często są to nawet dziesięciolecia.

Nietypowe naprężenia mogą powodować przyspieszenie naturalnego procesu starzenia, co może poważnie skrócić trwałość izolacji. Z tego powodu dobrą praktyką jest przeprowadzanie regularnych testów w celu określenia, czy występuje przyspieszone starzenie się i, jeśli to możliwe, czy działanie może być odwracalne, czy też nie. 

Celem diagnostyki izolacji jest: 

• Określenie przyspieszonego starzenia. 
• Określenie przyczyny takiego starzenia. 
• Określenie, jeśli to możliwe, najbardziej odpowiednich działań mających na celu poprawienie sytuacji. 

W najprostszej formie test diagnostyczny przyjmuje postać „testu wyrywkowego”. Większość specjalistów zajmujących się konserwacją instalacji elektrycznych przeprowadza testy wyrywkowe, podczas których do izolacji jest doprowadzane napięcie i jest mierzona rezystancja. W tym przypadku diagnoza jest ograniczona do stwierdzenia „izolacja jest dobra” lub „izolacja jest uszkodzona”. Ale po postawieniu tej diagnozy, co robimy dalej w tej kwestii? To trochę tak, jak pójść do lekarza z kaszlem, a lekarz po prostu powie: „Brzydko kaszlesz”. Nikt nie będzie zadowolony z uzyskania tylko takiej informacji. Oczekujesz, że lekarz Cię zbada, przeprowadzi kilka analiz i poinformuje, dlaczego kaszel jest niepokojący i co zrobić, aby go wyleczyć. 

Podczas testowania izolacji test wyrywkowy jest odpowiednikiem lekarza mówiącego, że jesteś zdrowy lub chory. Jest to minimalna ilość informacji. Jest to rodzaj testu, który jest zwykle stosowany w obwodach niskiego napięcia, gdzie koszt usterki jest niski, a urządzenie można łatwo i niedrogo wymienić. Ponieważ testowany sprzęt jest urządzeniem niskonapięciowym, testy te są zwykle przeprowadzane przy użyciu napięcia testowego 500 lub 1000 V i są znane wszystkim pracownikom zajmującym się konserwacją urządzeń elektrycznych. 

Jeśli jednakże lekarz rejestruje wyniki badania i porównuje je z wynikami z poprzednich wizyt, może zauważyć trend, na podstawie którego zdecyduje o przepisaniu leków. Podobnie, jeśli odczyty rezystancji izolacji są rejestrowane i porównywane z uzyskanymi wcześniej odczytami, może być możliwe zobaczenie trendu i określenie działań naprawczych, jeśli zajdzie taka potrzeba. 

Diagnostyka testowanie izolacji przy napięciach powyżej 1 kV to obszar, który jest mniej znany wielu osobom zajmującym się konserwacją urządzeń elektrycznych. W związku z tym niniejsza broszura ma na celu: 

• Zapoznanie czytelnika z wykonywaniem diagnostycznych testów rezystancji izolacji. 
• Zapewnienie wytycznych do oceny wyników tych diagnostycznych testów rezystancji izolacji. 
• Przedstawienie korzyści z wielonapięciowego testowania przy wyższych napięciach. 

Na końcu broszury znajduje się szereg załączników, które dostarczają czytelnikowi dodatkowych informacji związanych z diagnostycznymi testami izolacji. 

CO TO JEST IZOLACJA?

Każdy przewód elektryczny w zakładzie, niezależnie od tego, czy znajduje się w silniku, generatorze, kablu, przełączniku, transformatorze, czy innym miejscu, jest pokryty jakąś postacią izolacji elektrycznej. Chociaż sam przewód jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego (zwykle wykonanym z miedzi lub aluminium), który zasila urządzenia elektryczne, izolacja musi stawiać opór prądowi i utrzymywać prąd na jego drodze wzdłuż przewodu. Zrozumienie prawa Ohma, które jest wyrażone w poniższym równaniu, jest kluczem do zrozumienia testowania izolacji: 

E = I x R

gdzie: 

E = napięcie w woltach 

I = prąd w amperach 

R = rezystancja w omach

Przy określonej rezystancji im wyższe napięcie, tym większe natężenie prądu. Analogicznie, im niższa rezystancja przewodu, tym więcej prądu płynie przy tym samym napięciu. 

Żadna izolacja nie jest idealna (nie ma nieskończonej rezystancji), dlatego zawsze pewna ilość prądu przepływa wzdłuż izolacji lub przez izolację do uziemienia. Taki prąd może być pomijalnie mały dla większości celów praktycznych, ale stanowi podstawową wartość dla sprzętu do testowania izolacji. 

Tak więc, czym jest „dobra” izolacja? „Dobra” oznacza względnie wysoką oporność uniemożliwiającą przepływ prądu. W przypadku zastosowania do opisu materiału izolacyjnego słowa „dobra”, oznacza ono również „zdolność do utrzymania wysokiej rezystancji”. Pomiar rezystancji może wskazywać, jak „dobra” jest izolacja.

Co powoduje degradację izolacji?

Istnieje pięć podstawowych przyczyn degradacji izolacji. Wzajemnie oddziałują one na siebie i powodują stopniowy spadek jakości izolacji.

Obciążenie elektryczne 

Izolacja jest zaprojektowana do określonego zastosowania. Przepięcia i podnapięcia powodują nietypowe obciążenia w izolacji, co może prowadzić do pękania lub rozwarstwienia izolacji. 

Obciążenie mechaniczne 

Uszkodzenia mechaniczne, takie jak uderzanie w kabel podczas kopania rowu, są dość oczywiste, ale obciążenia mechaniczne mogą występować także w przypadku niewyważenia maszyny lub częstych zatrzymań i uruchomień. Drgania powstające podczas pracy maszyny mogą powodować uszkodzenia izolacji. 

Obciążenie chemiczne 

Izolacji mogą szkodzić nie tylko żrące opary, ale także brud i olej mogą doprowadzić do obniżenia skuteczności izolacji. 

Obciążenie cieplne 

Praca maszyny w bardzo wysokich lub niskich temperaturach spowoduje nadmierne rozszerzanie lub kurczenie się izolacji, co może prowadzić do pęknięć i usterek. Jednak przy każdym uruchomieniu lub zatrzymaniu maszyny występują również obciążenia cieplne. Jeżeli maszyna nie jest przeznaczona do pracy przerywanej, każde zatrzymanie i uruchomienie może niekorzystnie wpłynąć na proces starzenia się izolacji. 

Obciążenie środowiskowe 

Obciążenie środowiskowe obejmuje wiele czynników, od wilgoci z procesów do wilgoci w duszny dzień, a nawet ataku gryzoni, które przegryzają izolację. 

Izolacja zaczyna ulegać degradacji natychmiast po rozpoczęciu jej użytkowania. Izolacja przeznaczona do danego zastosowania została zaprojektowana tak, aby przez wiele lat zapewniała wysoką skuteczność w normalnych warunkach eksploatacji. Jednak nietypowe warunki mogą powodować uszkodzenia, które jeśli nie zostaną sprawdzone, przyspieszą degradację i ostatecznie spowodują uszkodzenie izolacji. Izolacja jest uznawana za uszkodzoną, jeśli nie zapobiega w odpowiedni sposób przepływowi prądu elektrycznego w niepożądanych ścieżkach. Obejmuje to przepływ prądu przez zewnętrzne lub wewnętrzne powierzchnie izolacji (prąd upływu powierzchniowego), przez materiał izolacji (prąd przewodzenia) lub z wielu innych powodów. 

Na przykład w izolacji mogą powstać wżery lub pęknięcia lub wilgoć i ciała obce mogą przeniknąć przez powierzchnię. Te zanieczyszczenia łatwo jonizują się pod wpływem przyłożonego napięcia, zapewniając ścieżkę o niskiej rezystancji dla prądu upływu powierzchniowego o wartości większej niż przy suchych, niezanieczyszczonych powierzchniach. Jednak czyszczenie i suszenie izolacji z łatwością pozwoli usunąć ten problem. 

Inni wrogowie izolacji mogą spowodować pogorszenie jakości, które nie tak łatwo usunąć. Jednak, gdy degradacja izolacji już się rozpocznie, różne inicjatory mają tendencję do pomagania sobie nawzajem w zwiększeniu tempa degradacji.