ИЗОЛЯЦИЯ

11

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить методику измерения сопротивления изоляции электри­ческих проводов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1) Ознакомление с прибором, применяемым при измерении сопротивле­ния изоляции.

2) Измерение сопротивления изоляции электрических проводов отно­сительно земля.

3) Измерение сопротивления изоляции между фазами.

4) Сравнение полученных значений сопротивлений с нормативными.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Уменьшение сопротивле­ния изоляции ниже допустимых пределов может быть причиной коротких замыканий в сети, замыканий на корпус и землю, что опасно для людей и электрооборудования.

Сопротивлением изоляции или сопротивлением утечка называется

сопротивление провода по отношению к земле. Оно складывается из сопротивления самого провода и последовательно включенных участков пути тока на землю (пола, почвы, слоя воздуха, изолятора и т.д.)

Возникновение тока короткого замыкания в электросети характе­ризуется аварийным режимом, при котором ток возрастает в несколько раз, и на участке короткого замыкания происходит пожар, если не срабатывает защита. Поэтому при выборе проводов и кабелей необходи­мо учитывать те условия окружающей среды, где они будут эксплуатироваться.

В зависимости от характеристики окружавшей среда помещения - признаются:

сухими - при относительной влажности воздуха до 60 %;

влажными - при относительной влажности 60-75 %;

сырыми - при относительной влажности свыше 75 % в течение длительного времени;

особо сырыми - при относительной влажности около 100 % (в этих помещениях стены, потолки и полы покрыты влагой);

жаркими - при температуре выше + 30 °С в течение длительного времени;

пыльными - при выделении пыли в таком количестве, что она оседает на проводах и проникает внутрь машин, аппаратов и т.п.;

с химически активной средой - при выделении паров, действуют разрушающе на изоляцию проводов;

взрывоопасная - при выделении горючих газов, паров и пыли в количестве, могущем образовать взрывоопасные смеси;

пожароопасными - при применении иди хранении горючих веществ.

Неудовлетворительное состояние изоляция проводов и кабелей может вызвать смертельный исход при прикосновении к ним человека. Следует выделить два вида поражений электрическим током: электрический удар и местные электрические травмы.

Различают следующие местные электротравмы: электрические ожо­ги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия. Электрический удар сопровождается судорож­ными сокращениями мышц и может привести к остановке дыхания, фибрилляции и остановке сердца.

Важнейшими факторами, влияющие на исход воздействия тока, являются: величина тока, протекающего через тело человека, продол­жительность воздействия, частота тока, род тока, путь тока при прохождении через человека, индивидуальные свойства организма че­ловека, сопротивление тела человека и т.д.

Величина тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход воздействия. При нор­мальных условиях работы длительно допустимый переменный ток принимается 10 мА (частота 50 Гц). Переменный ток силой 0,1 А и выше для человека смертелен.

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах от 600 до 100000 Ом в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т.д.), плотности и площади контакта, величины тока и приложенного напряжения, а также от времени воздейст­вия тока на человека. Оно складывается из сопротивления внутрен­них тканей (600-800 Ом) и сопротивления кожи (1000-100000 Ом). В практических расчетах сопротивление тела человека принимают рав­ным 1000 Ом.

Характер воздействия тока зависит от состояния нервной систе­мы и всего организма в целом, а также от массы человека и его физического развития.

Опасность поражения током во многом зависит от среды, в кото­рой эксплуатируются электроустановки.

В зависимости от характера окружающей воздушной среды помеще­ния для электроустановок по степени опасности поражения током подразделяются на особо опасные, с повышенной опасностью, без повы­шенной опасности.

В помещениях с повышенной опасностью имеется одно из следующих условий: сырость (относительная влажность длительно превышает у 75 %); токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные); технологическая токопроводящая пыль выделяется в таких количествах, что может оседать на проводах и проникать внутрь машин и аппаратов; высокая температура - длительно превышает +35 ^оС; возможность одновременного прикасания человека к металлическим корпусам электрооборудования и металлоконструкциям зданий и техно­логическому оборудованию, соединенным с землей.

Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из следующих условий: повышенная сырость, когда относительная влаж­ность воздуха близка к 100 % (стены и находящиеся в помещении предметы покрыты влагой); химически активная среда, длительно содержащиеся пары и отложения, разрушающие изоляцию и токоведущее части электрооборудования; сочетание двух и более условий по­вышенной опасности.

Помещениями без повышенной опасности считаются такие, в кото­рых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

В зависимости от окружающих условий ориентировочно можно при­нимать за допустимые безопасные следующие напряжения:

65 В - для помещений без повышенной опасности;

42 В – для помещений повышенной опасности;

12 В - для помещений особо опасных.

Применение малых напряжений - эффективная защитная мера, но её широкому распространению мешает трудность осуществления протя­женной сети малого напряжения. Поэтому область применения малых напряжений 12, 36 и 42 В ограничивается ручным электрифицированным инструментом, ручными переносными лампами и лампами местного осве­щения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных. В виду того, что одним применением малых напряжений не достигается до­статочная степень безопасности, дополнительно принимаются другие меры защиты - двойная изоляция, защита от случайных прикосновений, электрозащитные средства и др.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают применение следующих трехфазных сетей: трехпроводной с изолирован­ной нейтралью источника питания (рис. 3.1 а) и четырехпроводной с заземленной нейтралью (рис. 3.1 б).

При напряжения до 1000 В широкое распространенна получили обе схемы трехфазных сетей.

По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения: линейное и фазное.

Схемы трехфазных сетей

Z - сопротивление изоляция относительно земли;

С - емкость провода относительно земли;

а - трехпроводная с изолированной нейтралью;

б - четырехпроводная с заземленной нейтралью.

Рис. 3.1

В сетях с изолированной нейтралью, обладающих незначитель­ной емкостью между проводами и землей, опасность для человека. прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличе­нием сопротивления опасность уменьшается. Поэтому очень важно в таких сетях обеспечивать высокие сопротивление изоляции и контро­лировать её состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей.

При аварийном режиме работы сети, т.е. когда возникло замы­кание одной из фаз на землю, напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправной фазе трех­фазной сети с изолированной нейтралью, будет значительно больше фазного. Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы.

В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относи­тельно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали.

Поэтому прикосновение к фазе в период нормальной её работы более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изо­лированной нейтралью, но менее опасно прикосновения к неповрежденной фазе сети с изолированной нейтралью - аварийный период.

При напряжении виде 1000 В по технологическим требованиям сети напряжением до 35 кВ включительно имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ - заземленную. Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, для человека является одина­ково опасным прикосновение к проводу сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Схемы включения человека в электрическую цепь в основном две: между двумя проводами (двухфазная или двухполюсная), между одним проводом и землей (однофазная или однополюсная) (рис. 3.2).

Схемы включения человека в цепь тока

- сопротивление изоляции провода относительно земли;

С - емкость провода относительно земли;

а - двухфазное включение;

б - однофазное включение

Рис. 3.2

Двухфазное включение, т.е. прикосновение человека одновремен­но к двум фазам, как правило, более опасно, поскольку к телу чело­века прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, поэтому через тело человека пойдет больший ток

Однофазное включение происходит значительно чаще, но являет­ся менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под кото­рым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается ток, проходящий через тело человека.

Кроме того, и величину этого тока влияют также режим нейтра­ли источника тока, сопротивление изоляции и емкость проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

Электропроводки могут быть открытыми (по стенам, потолкам, колоннам зданий) и скрытыми (проложенными под штукатуркой под полом в замкнутых каналах, коробах). Скрытую проводку, за исклю­чением кабельной, выполняют при помощи изолирующих трубок для низкого напряжения, а в сетях высокого напряжения - при помощи проход­ных изоляторов. В помещениях с повышенной влажностью внутрицеховую электрическую сеть напряжением до 1000 В выполняют из изолированных проводов в стальных трубах. В особо сырых и пыльных помещениях электрическая сеть напряжением до 1000 В должна быть выполнена из кабеля с резиновой изоляцией.

Изоляцию подразделяют: на рабочую (обеспечивает нормальную, ра­боту электроустановки и защиту от поражения электрическим током); дополнительную (на случай повреждения рабочей изоляции); усиленную (улучшенную рабочую изоляцию); двойную (состоящую из рабочей и дополнительной изоляции).

В зависимости от металла жил выпускаются, медные и алюминиевые провода. Для экономии меди в основном применяют алюминиевые провода. В обозначении марки провода начальная буква А позволяет отличать их от медных проводов. Медные провода прочнее алюминиевых, а поэто­му во взрывоопасных помещениях (наиболее опасных классов B-1 и-В-1а) применяют только медные провода. Если провода имеют резино­вую изоляцию, то в марке провода ставится буква Р, при полихлорвиниловой изоляции - буква В и при наиритовой - буква Н.

Выбор той или иной марки провода или кабеля зависит от характеристики окружающей среды, а также от их назначения, безопасности и экономичности. С учетом этого в табл. П. 2.1 приведены некоторые виды электропроводов, наиболее часто применяемые в промышленности. В сухих, жарких и пыльных помещениях применяют кабели с бумажной изоляцией; во влажных, сырых, особо сырых, с химически активной средой и на улице прокладывают кабели с резиновой или полихлорвини­ловой изоляцией; во взрыво- и пожароопасных используют кабели с бумажной или резиновой изоляцией. Для электрической сети выбирают провода такого, сечения при котором нагрев иx не вызывает повреждения изоляции.

Контроль изоляции - измерение её активного сопротивления с целью обнаружения дефектов и предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий.

Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет ток замыкания на землю, а значит и ток через человека.

В сетях напряжением выше 1000 В снижение сопротивления изоляции почти всегда приводит к глухому замыканию на землю.

В сетях с заземленной нейтралью ток замыкания на землю и ток через человека не зависят от сопротивления изоляции. Но при плохом состоянии изоляции часто происходят её повреждения, что приводит к глухим замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей элек­трическим током, так как нетоковедущие части, с которыми человек нормально имеет контакт, оказываются под напряжением.

Чтобы предотвратить замыкания на землю и другие повреждения изоляции, при которых возникает опасность поражения людей электрическим током, а также выходит из строя оборудование, необходимо проводить контроль изоляции и испытания повышенным напряжением.

Испытания повышенным напряжением кратностью 3-6 по отношению к номинальному проводятся в основном при вводе в эксплуатацию вновь смонтированных и вышедших из ремонта электроустановок напряжением выше 1000 вольт. При этом дефекты изоляции обнаруживаются вследствие пробоя и последующего прожигания изоляции (током). Выявленные дефекты устраняются и производятся повторно испытания исправленного оборудования.

Контроль изоляции может быть периодическим и постоянным.

Периодический контроль изоляции осуществляется при приемке электроустановок после монтажа или ремонта, периодически при эксплуатации электроустановок, или в случае обнаружения дефектов.

Проверка сопротивления изоляции электрических проводов проводится не реже одного раза в два года, а в помещениях сырых, особо сырых, с химически активной средой - не менее одного раза в год; во взрывоопасных - по согласованию с органами Государственного пожарного надзора.

При периодическом контроле измерение сопротивления изоляции должно производиться на отключенной установке. При таком измерении можно определить сопротивление изоляции отдельных участков сети, электрических аппаратов, электродвигателей и т.п. Измеряется сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между каждой парой фаз на каждом участке между двумя последовательно установлен­ными аппаратами защиты или за последним защитным аппаратом (автоматическим выключателем, плавким предохранителем).

Норма на сопротивление изоляции регламентированы в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ), Правилах технической эксплуа­тации электроустановок потребителей и Правилах техники безопасно­сти при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ).

Сопротивление изоляция каждого участка в сетях напряжением до 1000 В должно быть не ниже 0.5 МОм на фазу. Для электрических аппаратов к и машин нормы другие, поэтому они от сети отключаются и измерение сопротивления их изоляции производится отдельно.

Измерение сопротивления изоляция производится с помощью мегаомметров, которые выпускаются на напряжение 100, 250, 500, 1000, 2500 В. Напряжение мегаомметра регламентируется в ПТЭ в зависимости от номинального напряжения электроустановки. Измери­тельное напряжение должно быть не ниже номинального напряжения электроустановки или несколько больше, что позволяет проверить и электрическую прочность изоляции. Однако чрезмерно высокое изме­рительное напряжение может повредить изоляцию, не имеющую сущест­венных дефектов. В результате таких измерений выявляются участки с дефектной изоляцией, требующие профилактических мероприятий для предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий.

Чтобы получить представление о состоянии изоляции всей сети, включая источник и потребители тока, измерение сопротивления не­обходимо производить под рабочим напряжением с подключенным потре­бителям. Такой, контроль изоляции возможен только в сетях с изоли­рованной нейтралью. Нормы, приведенные в ПТЭ, не могут служить в данном случае критерием исправности изоляция, т.к. они заданы не для всей сети, а только для её отдельных участков. Судить об исправности или дефектах изоляции по результатам измерений под напряжением можно лишь путем сопоставления с данными предыдущих измерений. Если результаты ряда измерений совладают, изоляция исправна. Если же обнаружено резкое снижение сопротивления изоля­ции по сравнению с данными предыдущих измерений, это указывает на наличие дефектов изоляции.

Постоянный контроль изоляции - измерение сопротивления изоляции под рабочим напряжением в течение всего времени работы электроуста­новки без автоматического отключения. В практике применяются приборы постоянного контроля изоляции двух типов: на постоянном опе­ративном токе и вентильные. При снижении сопротивления изоляции до предельно допустимого или ниже прибор постоянного контроля изоляции подает звуковой или световой сигнал.

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

4.1. Приборы и приспособления

1) Мегаомметр типа М4100/3

2) Панель с объектами измерений.

Мегаомметр типа М4100/3 является двухпредельным переносным прибором и предназначен для измерения сопротивления изоляции обесточенных электрических цепей.

Номинальное выходное напряжение 500 В

Предел измерения: 0-500 Мом

0-1000 КОм

Рабочая часть шкалы: 0-100 Мом

0-1000 КОм

Основная погрешность показаний не превышает 1 % от длины рабочей части шкалы.

Прибор включает в себя генератор переменного тока, приводи­мый во вращение рукой с помощью рукоятки, выпрямитель, измерительный механизм (логометр, магнитоэлектрической системы), добавочные резисторы. Якорь генератора достигает номинального числа оборотов при вращении рукоятки прибора со скоростью 120 об/мин. На валу якоря помещен центробежный регулятор, обеспечивающий постоянство напряжения при увеличении скорости вращения якоря генератора выше номинальной. Мегаомметр снабжен шкалой» градуированной в мегаоммах (Мом) и килооммах (КОм). Кроме шкалы, на верхней части корпуса при­бора находятся три зажима: «Л» (линия), «» (земля) и «».

При измерении сопротивления изоляции по шкале «» измеряемое сопротивление подключается к зажимам «Л» - «».

При измерении по шкале «» необходимо перемычку, имеющуюся на одном из соединительных проводов, подсоединить к зажимам «Л» - «», а измеряемое сопротивление – между зажимами «» - «».

На панели представлены объекты измерений в виде участков электрических цепей, соединенные с контактами для подключения при­бора. Там же имеются контакты «» (земля).

Схема подключения прибора при измерениях сопротивления изоляции относительно земли и сопротивления изоляции между фазами показаны на рис. 4.1, 4.2.

Cxема измерения сопротивления изоляции относительно земли

а – при измерении по шкале «» ;

б - при измерении по шкале «»

Рис. 4.1

Схема измерения сопротивления изоляция между фазами

а - при измерения по шкале «»;

б - при измерении по шкале «».

Рис. 4.2

4.2. Техника безопасности

1) Пользоваться прибором можно только после ознакомления с описанной лабораторной установки.

2) Мегаомметр может применяться только для измерения сопро­тивления изоляции электрических цепей, не находящихся под напря­жением,

3) В процессе измерений (при вращении ручки прибора) нельзя прикасаться к соединительным элементам проверяемого объекта.

4) Вращать ручку прибора необходимо только по часовой стрелке.

5. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Перед началом измерений:

1) установить мегаомметр горизонтально;

2) ознакомиться с устройством прибора и техникой безопасно­сти;

3) проверить прибор - в исправном приборе при вращении ручки генератора стрелка должна установиться на отметке «» шкалы «» (в пределах основной погрешности);

4) поставить перемычку «Л» - «»;

5) проверить прибор - в исправном приборе при вращении ручки генератора стрелка должна установиться на отметке «0» шкалы «» (в пределах основной погрешности).

ЗАДАНИЕ 1. Измерить сопротивление изоляции исследуемых участков электрических цепей относительно земли, для чего:

1) собрать схему измерения (рис. 4.1а);

2) вращать ручку генератора почасовой стрелке со скоростью 120 об/мин, произвести отсчет по шкале «МОм»;

3) если измеряемое сопротивление окажется меньше 1 МОм подсоединить к зажимам перемычку «Л» - «» соединительные провода - к зажимам «», «» на приборе (рас. 4,1 б) и, вращая ручку генератора, произвести отсчет по шкале «КОм»;

4) произвести измерения сопротивления изоляции каждой фазы относительно земли;

5) измеренные значения сопротивления изоляции занести в табл. 5.1;

6) сравнить измеренные значения сопротивления изоляции с предельно - допустимыми и сделать вывод о состоянии изоляции.

Таблица 5.1

Результаты измерений сопротивления изоляции исследуемых участков электрической цепи относительно земли

Характеристика проводов (приложение П.2.1)				Предельно-допустимое сопротивление Мом	Измеренное сопротивление МОм	Выводы
Марка	Напряж. В	Кол-во жил	Сечение мм2

Задание 2. Измерить сопротивление изоляции исследуемых участков электрических цепей между фазами, для чего:

1) собрать схему измерения (рис. 4.2а);

2) повторить п. 2,3 задания 1 (рис. 4.26),

3) произвести измерения сопротивления изоляции каждой пары фаз;

4) измеренные значения сопротивления изоляции занести в табл.2;

5) сравнить измеренные значения сопротивления изоляции с предельно – допустимыми и сделать выводы о состоянии изоляции.

Таблица 5.2

Результаты измерений сопротивления изоляции исследуемых участков электрической цепи между фазами

Характеристика проводов (приложение П.2.1)				Предельно-допустимое сопротивление МОм	Измеренное сопротивление МОм	Выводы
марка	Напряж. В	Кол-во жил	Сечение мм2

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Назвать цель работы.

2) Как производилось измерение сопротивление изоляции относительно земли в данной работе?

3) Как измерить сопротивление изоляции между фазами?

4) Назвать нормативное значение сопротивления изоляции в сетях напряжением до 1000 В.

5) Дать определение сопротивлению изоляции.

6) Назвать виды поражений электрическим током.

7) Назвать факторы, влияющие на исход воздействия электрического тока.

6) Какая величина длительно допустимого переменного тока?