Новое поколение измерителей параметров электроизоляции серии MIC

Прошло несколько лет с того момента, как компания SONEL S.A. начала проводить постепенную смену поколений производимых измерителей. За это время практически во всех измерительных группах появились приборы в оранжево-сером исполнении. В ближайший год-два они полностью вытеснят легко узнаваемые темно-синие измерители. Так или иначе, но модельный ряд мегаомметров до этого времени был единственным направлением, которое не затрагивал этот процесс. Но финальный штрих оранжевой краской все-таки состоялся этой весной, и SONEL представил целых четыре новых измерителя параметров электроизоляции серии MIC. Прежде чем поговорить о них, стоит затронуть аспекты измерения параметров изоляции и еще раз бегло вспомнить возможности уходящей линейки продукции.

Изоляция является одним из важнейших видов защиты, и ее параметры оказывают решающее влияние на безопасность эксплуатации и правильность функционирования электрооборудования. Измерение сопротивления изоляции необходимо проводить, чтобы определить фактическое состояние изоляции электроустановки и потребителей электрической энергии.

При проведении таких измерений важным моментом является их системность. Если они проводятся регулярно, то возможно заблаговременно обнаружить ухудшение состояния изоляции и соответствующее снижение уровня защиты. Существует пять ключевых факторов, которые могут оказывать негативное влияние на состояние изоляции. К ним относятся воздействия электрического, механического, химического, теплового и климатического характеров. Все они оказывают влияние на старение изоляции в условиях нормальной эксплуатации электроустановки.

Что касается самих средств контроля, то компания SONEL более 10 лет выпускает современное измерительное оборудование, которое позволяет определить техническое состояние изоляции кабельных линий, обмоток трансформаторов и двигателей, ряда других объектов. Эта функциональная возможность максимально представлена в каталоге продукции серией MIC, хотя в ограниченном объеме также реализована в серии многофункциональных измерителей серии MPI. Все эти годы линейка серии состояла из трех моделей мегаомметров. Хотя, если уже называть вещи своими именами, то из двух «гигаомметров» и одного «терраомметра».

Рис. 1 Классические измерители параметров электроизоляции MIC-3, MIC-1000, MIC-2500.

(Мы не затрагиваем здесь еще две модели — MIC-2 и MIC-5000, которые имеют нестандартные испытательные напряжения, 500 В и 5 кВ соответственно, и по прежнему будут производиться.)

Три фиксированных измерительных напряжения с максимальным значением в 1000 В, измерение сопротивления до 3 ГОм и металлосвязи с разрешением 0,01 Ом, автоматический разряд емкости объекта после измерения, небольшие габариты и вес, доступная стоимость. Это конечно отличительные черты популярного измерителя начального уровня — MIC-3. Для тех, кому нужна была техника «потяжелее», конечно был представлен MIC-2500 с более серьезными характеристиками в портативном формате. Испытательное напряжение в приборе было увеличено до 2,5 кВ без существенных ограничений в установке произвольного значения. Соответственно поднялся потолок измерения сопротивления изоляции до 1,1 ТОм. Появилась возможность автоматического расчета коэффициента абсорбции и поляризации по истечении заданных временных промежутков. При этом питание прибора уже обеспечивает штатный пакет аккумуляторов и присутствует интерфейс для связи с персональным компьютером. Между этими приборами расположился MIC-1000, который является некой переходной моделью, и не смог в себе гармонично совместить их лучшие характеристики. В конечном итоге эта модель провела весь свой жизненный цикл в тени популярности MIC-3 и  MIC-2500. Все приборы зарекомендовали себя как надежный и удобный инструмент, который позволил проще решать измерительные задачи. В ряде аспектов, таких как высокий диапазон измеряемых сопротивлений и возможность расчета коэффициентов, приборы фактически совершили революцию в России, так как были первыми устройствами с таким функционалом, которые вошли в государственный реестр средств измерений.

Если все же вернуться к обновленным моделям измерителей, небезынтересно будет узнать их возможности и отличия от классических приборов. Серия пополнилась за счет двух моделей с измерительным напряжением до 1 кВ — MIC-10; MIC-30 и с измерительным напряжением до 2,5 кВ — MIC-2505; MIC-2510. При этом MIC-10 и MIC-2505 обладают только самым необходимым функционалом и не имеют интерфейса передачи данных на компьютер, что позволяет получить минимальную стоимость моделей в серии.

Рис. 2 Новые модели измерителей параметров электроизоляции MIC-10, MIC-30, MIC-2505, MIC-2510.

Все измерители изготовлены в двух типах корпусов нового формата. Но смена цвета, формы и эргономики корпусов не была ключевой при реализации этих изменений. За прошедшее время были ужесточены требования правил техники безопасности и соответствующих стандартов, что привело к необходимости внесения изменений в конструкции приборов. За счет этого новые модели получили более высокую категорию измерений и степень защиты корпуса IP.

Приборы предназначены для проведения измерений сопротивления изоляции обмоток двигателей, трансформаторов, телекоммуникационного оборудования, кабельных линий в электроустановках. Также они имеют функцию измерения постоянного/переменного напряжения и емкости измеряемого объекта. В приборах реализована схема защиты, и пользователь может не опасаться ситуаций, когда на измерительные входы непреднамеренно подается высокое напряжение до 750 В. Все характеристики измерителей соответствуют группе стандартов ГОСТ Р 61557 (МЭК 61557), ГОСТ Р 50571.

Основные характеристики новых измерителей серии MIC

• Измерение сопротивления изоляции: до 10 ГОм для MIC-10; до 100 ГОм для MIC-30; до 2 ТОм для MIC-2505 и MIC-2510.
• Измерительное напряжение 50, 100, 250, 500, 1000 В для MIC-10. В MIC-30 возможна произвольная установка напряжения в диапазоне 50…1000 В с шагом 10 В.
• Измерительное напряжение 500, 1000, 2500 В для MIC-2505. В MIC-2510 возможна произвольная установка напряжения в диапазоне 50…2500 В с шагом 10 В.
• Двух и трех-проводный метод подключения к измеряемому объекту.
• Для MIC-30 возможно использование адаптера WS-04 (автоматическое измерение до 3х комбинаций пар проводников N, L, PE).
• Для MIC-2510 возможно использование адаптера AutoISO-2500 (автоматическое измерение между всеми комбинация пар жил в трех, четырех и пятижильных кабелях).
• Автоматический разряд емкости объекта после завершения измерения.
• Автоматический расчет коэффициентов абсорбции и поляризации для MIC-30, MIC-2510.
• Определение величины тока утечки для MIC-10, MIC-30, MIC-2510.
• Измерение напряжения постоянного и переменного тока.
• Измерение емкости исследуемого объекта для MIC-10, MIC-30, MIC-2510.
• Звуковая индикация пятисекундных интервалов для построения временной зависимости сопротивления.
• Измерение сопротивления защитных соединений током не менее 200 мА с разрешением 0,01 Ом в соответствии с ГОСТ Р 61557-4-2007 (МЭК 61557) для MIC-10, MIC-30, MIC-2510.
• Функция контроля целостности цепей для MIC-10, MIC-30, MIC-2510.
• Высокая помехоустойчивость.
• Степень защиты корпуса IP 67 для MIC-10, MIC-30 (в соответствии со стандартами МЭК 60529, ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89).
• Степень защиты корпуса IP 54 для MIC-2505, MIC-2510 (в соответствии со стандартами МЭК 60529, ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89).
• Категория измерений в соответствии с ГОСТ Р 52319-2005 (МЭК 61010-1:2001): IV 600 В (III 1000 В).
• Работа в широком диапазоне температур: от -10 °C до +50 °C для MIC-10 и MIC-30; от -10 °C до +40 °C для MIC-2505 и MIC-2510.
• Память результатов измерений с последующей передачей на компьютер по радиоканалу или USB для MIC-30, MIC-2510.

Приборы имеют интуитивное управление, что особенно важно при проведении большого количества измерений, которое построено на традиционных принципах, присущих всей линейки измерителей SONEL с круговыми переключателями режимов.

Теоретические и практические основы измерения сопротивления изоляции.

Сопротивление изоляции — это параллельно включенное с токоведущей частью (жилой кабеля) сопротивление, которое зависит от типа изоляционного материала и чистоты его поверхности. Факторы, которые оказывают основное влияние на измерение параметров характеризующих изоляцию, являются: влажность, температура, измерительное напряжение, время измерения, чистота поверхности изоляционного материала.

Рис. 3 Зависимость сопротивления изоляции от температуры, времени измерения и напряжения.

Ток утечки изоляции, это небольшой ток, протекающий между токопроводящими жилами изоляции, который можно разделить на два компонента: ток протекающий через изоляционный материал, и ток протекающий через поверхность изоляционного материала. Ток утечки быстро возрастает до определенного значения и остается неизменным для выбранного испытательного напряжения. Увеличение тока утечки может стать в дальнейшем источником повреждений изоляции. Ток утечки должен измеряться, когда емкость изоляции полностью заряжена, а явление абсорбции стабилизировалось.

Ток абсорбции, изначально имеющий большое значение, через некоторое время (большее, чем время заряда изоляционного материала) стремится к нулю.

Рис. 4 Токи в изоляции во время измерения: 1 — суммарный ток; 2 — ток заряда емкости; 3 — ток абсорбции; 4 — ток утечки.

Принцип измерения сопротивления изоляции заключается в подаче на зажимы объекта измерений напряжения постоянного тока, и определении величины тока, протекающего в измерительной цепи. На основании полученного результата процессор измерителя вычисляет значение сопротивления изоляции. Измерительное напряжение воспроизводится программируемым преобразователем с высокой эффективностью и стабильностью, при широкой динамике нагрузок емкостного характера.

Рис. 5 Двухпроводная схема измерения сопротивления изоляции кабеля в случае использования измерителей серии MIC.

В процессе измерения значение сопротивления изоляции сначала быстро нарастает, но постепенно стабилизируется на определенном уровне. Это обусловлено физическими и структурными процессами, которые происходят в изоляционном материале под воздействием электрического поля и протекающего тока. Изолированные токопроводящие части фактически выступают в роли конденсатора, что обуславливает наличие существенного значения тока заряда емкости. Но через некоторое время (которое зависит от емкости объекта измерений) этот ток падает до нуля. Для заряда емкости крупных объектов, таких как двигатели и трансформаторы, может потребоваться значительное время измерения. Накопленный заряд в объекте измерений представляет существенную угрозу для человека и по окончании измерений должен быть полностью разряжен. Для этого в измерителях серии MIC предусмотрена встроенная система разряда, которая по завершению измерения разряжает емкость объекта измерений и выводит на дисплей соответствующее сообщение. Также измерители оснащены защитой, которая блокирует выполнение измерений при обнаружении напряжения на измеряемом объекте.

Рис.6 Трехпроводная схема измерения сопротивления изоляции двигателя и коаксиального кабеля (для исключения влияния поверхностных токов) в случае использования измерителей серии MIC.

Если измерение сопротивления изоляции проводятся в неблагоприятных экологических условиях, возможно воздействие поверхностных сопротивлений искажающих результат измерения. Для исключения этого влияния необходимо использовать трехпроводную схему измерений. При измерении сопротивления изоляции коаксиального кабеля между одним из проводников и экраном, влияние поверхностного сопротивления устраняется соединением металлической фольги, которой покрыта изоляция проводника, с соответствующим входом измерителя. Возможный поверхностный ток утечки, который протекает через поверхность изоляционного материала и искажает результаты измерений, скапливается на экране из фольги и компенсируется прибором. Аналогично выглядит процедура измерения сопротивления изоляции между двумя жилами электродвигателя. В этом случае токопроводящие части, которые не участвуют в процессе измерения, подключаются к дополнительному разъему прибора.

С точки зрения эксплуатации состояние изоляционного материала характеризуется коэффициентами абсорбции DAR (увлажненности) и поляризации PI (степени старения).

Коэффициент абсорбции Kабс характеризует влажность изоляционного материала. Коэффициент абсорбции — это отношение сопротивлений, измеренных мегомметром через 60 секунд с момента приложения напряжения (R60) и через 15 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегомметра (R15): К_абс = R60/R15

Если изоляция сухая, то коэффициент абсорбции значительно превышает единицу, в то время как у влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к единице:

• Если Кабс < 1,25 Изоляция является несоответствующей;
• Если Кабс = 1,25…1,6 Изоляция является хорошей;
• Если Кабс > 1,6 Изоляция является превосходной.

Для оценки состояния изоляции и остаточного ресурса используют коэффициент поляризации (Кпол), который характеризует ток сильно замедленных поляризаций (связанных с изменением структуры диэлектрика). Коэффициент поляризации — это отношение сопротивлений, измеренных мегомметром через 600 сек с момента приложения напряжения (R600) и 60 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегомметра (R60): Кпол= R600/R60.

Для коэффициента поляризации обычно используют следующие показатели:

• Если Кпол < 1 Изоляция является опасной;
• Если Кпол = 1…2 Изоляция является сомнительной;
• Если Кпол = 2…4 Изоляция является хорошей;
• Если Кпол > 4 Изоляция является превосходной.

Измерители MIC-30, MIC-2510 автоматически рассчитывают и отображают на дисплее коэффициенты абсорбции и поляризации на основании сопротивлений, измеренных по окончании интервалов времени T1, T2 и T3 от момента начала измерений. По умолчанию, в приборах отсчитываются временные интервалы: T1 = 15 с, T2 = 60 с и T3 = 600 с. Для того чтобы получить коэффициенты для отрезков времени, отличных от установленных, можно задать нужные значения из диапазона 1…600 секунд, соблюдая правило: T1 < T2 < T3.

Комплектация и аксессуары

В стандартной комплектации измерителей серии MIC присутствует необходимый набор измерительных зондов, проводников и зажимов типа «крокодил». Все приборы укомплектованы удобными и эстетическими чехлами для переноски.

В случае MIC-30 и MIC-2510 (опция), которые имеют интерфейс для связи с компьютером, также присутствует модуль беспроводной связи OR-1 и базовое бесплатное программное обеспечение импорта результатов измерений SONEL READER. При необходимости, можно приобрести расширенную версию ПО «СОНЭЛ ПРОТОКОЛЫ», которое позволяет автоматизировать процесс формирования протоколов измерений на основе сохраненных значений в памяти измерителей.

Следует также отметить возможность измерения температуры окружающей среды у прибора MIC-2510 при использовании опционального датчика ST-1. Но надо учесть, что полученные значения температуры возможно использовать только для ее оценки, но никак для использования в протоколах. Указанная функция не участвовала в метрологических процедурах, которые проводились в процессе испытаний с целью утверждений типа.

Из самых интересных опций стоит остановиться на двух адаптерах, которые позволяют автоматизировать процесс измерения сопротивления изоляции многожильных кабелей.

Рис. 7 Адаптеры WS-04 и AutoISO-2500 для использования с измерителями MIC-30 и MIC-2510.

В случае WS-04, возможно автоматическое получение сопротивления изоляции трех комбинаций проводников L,N, PE, при подключении измерителя непосредственно в измеряемую сеть, которая не находится под напряжением. Максимальное значение испытательного напряжения при этом ограничено значением в 500 В. При использовании AutoISO-2500 допускается автоматическое измерение всех возможных комбинаций пар жил в трех, четырех и пятижильных кабелях с испытательным напряжением до 2500 В. Во всех вариантах измерение запускается только один раз, и завершается после получения результатов для всех комбинаций проводников.

Приборы успешно прошли испытания с целью утверждения типа и внесены в государственный реестр средств измерений под номером 49421-12. По умолчанию поставляются с первичной поверкой и трехлетней гарантией. Также немаловажным моментом является фактически эквивалентная стоимость новых измерителей с приборами старого поколения при превосходящем наборе технического потенциала новинок. К тому же нет причин для опасений, что обновленным мегомметрам могут быть присущи технологические недостатки, которые обычно проявляются в первые годы жизненного цикла новых продуктов для любых сфер производства. Элементная база, примененная в измерителях, успешно используется более трех лет в моделях параллельных серий. К тому же все новые приборы SONEL традиционно «обкатываются» длительное время в электротехнической отрасли Европы, прежде чем попасть в руки российских пользователей. Выявленные и устраненные за это время недостатки конструкции и встроенного программного обеспечения измерителей, позволяют нам предоставить отечественному рынку уже логически законченные решения для измерения параметров электробезопасности. В заключении этого обзора хочется отметить, что финальная фаза реконструкции модельного ряда измерителей SONEL представила достойную замену мегомметрам MIC-3 и MIC-2500, которые в конце двадцатого века снискали заслуженное уважение профессионалов в сегменте электроизмерений.