IL MEGGER Cos` è un "buon" isolamento?

IL MEGGER
Cos’ è un "buon" isolamento?
Ogni cavo elettrico nel vostro impianto - che si tratti di un motore, generatore, interruttore,
trasformatore, ecc - è accuratamente coperto con qualche forma di isolante elettrico. Il cavo stesso
è di solito di rame o alluminio, che è noto per essere un buon conduttore di corrente elettrica che
alimenta la vostra attrezzatura. L’isolamento deve essere proprio l'opposto di un conduttore:
dovrebbe resistere alla corrente e mantenere la corrente nel suo percorso lungo il conduttore.
Per comprendere davvero il test di isolamento non c'è bisogno di andare nella matematica
dell’elettrotecnica, ma una semplice equazione - legge di Ohm - può essere molto utile per
apprezzare molti aspetti.
Lo scopo di un isolante attorno un conduttore è molto simile a quella di un tubo dell'acqua, e la
legge di Ohm può essere più facilmente compresa con un confronto con il flusso di acqua.
In Fig. mostriamo questo confronto. La pressione sull'acqua esercitata da una pompa causa lo
scorrere lungo il tubo della stessa (Fig. a). Se il tubo dovesse avere una perdita, si sprecherebbe
dell'acqua e perderebbe un pò' la pressione.
Con l'elettricità, la tensione è come la pressione della pompa, che causa lo scorrere lungo il filo di
rame dell’elettricità (Fig. 1b).
Il buon senso ci dice che più tensione abbiamo, maggiore sarà lo scorrere di corrente elettrica.
Inoltre, minore è la resistenza del filo, più corrente a parità di tensione avremo.
In realtà, questa è la legge di Ohm, che si esprime così in forma di equazione:
E=IxR
dove,
E = tensione in Volt
I = corrente in ampere
R = resistenza in ohm
Si noti, tuttavia, che nessun isolamento è perfetto (cioè, ha resistenza infinita) così alcune correnti
elettriche scorrono lungo l'isolamento o attraverso di esso a terra.
Si noti inoltre che una tensione maggiore tende a causare più corrente attraverso l'isolamento.
Questa piccola quantità di corrente non è, ovviamente, dannosa se abbiamo un buon isolamento,
ma sarebbe un problema se l'isolamento è deteriorato.
Ora, per riassumere la nostra risposta alla domanda "che cos’ è un 'buono' isolamento?"
Abbiamo visto che, in sostanza, "buona" si intende una resistenza relativamente elevata alla
corrente. Usato per descrivere un materiale isolante, "buono" starebbe anche a significare "la
capacità di mantenere una elevata resistenza.
Inoltre, se si prendono le misure a periodi regolari, è possibile controllare le tendenze del
materiale verso il suo deterioramento.
Che cosa rende l’isolamento deteriorato?
Quando il sistema elettrico, impianti e macchinari, sono nuovi, l’isolamento elettrico deve essere di
valore molto alto. Tuttavia l'isolamento è soggetto a molti effetti che possono causare il loro
deterioramento - danni meccanici, vibrazioni eccessive, caldo o freddo, sporcizia, olio, vapori
corrosivi, umidità da processi, o solo l’umidità in una giornata afosa.
In vari gradi, questi nemici dell’isolamento sono al lavoro col passare del tempo combinato con le
sollecitazioni elettriche esistenti. Una volta avviato il processo di corrosione, si avvia un processo
di eccessiva corrente che attraversa l'isolamento.
Talvolta il calo di resistenza di isolamento è improvvisa. Di solito, però, scende a poco a poco,
dando un avvertimento, se verificata periodicamente.
Tali controlli previsti permettono il ricondizionamento del materiale prima del guasto
completo.
Se non ci sono controlli, un motore con scarso isolamento, per esempio, non solo può essere
pericoloso al tatto quando viene applicata tensione, ma anche essere oggetto di un incendio.
Quello che era un buon isolamento è diventato un conduttore parziale!
Come viene misurata la Resistenza di isolamento
Avete visto che un buon isolamento ha un'elevata resistenza; scarso isolamento, la resistenza è
relativamente bassa. I valori di resistenza effettivi possono essere superiori o inferiori, a seconda
di fattori quali il contenuto di temperatura o umidità dell’isolamento (resistenza diminuisce al
diminuire di temperatura o umidità).
Con un po’ di controllo dei registri di manutenzione e il senso comune, tuttavia, è possibile ottenere
un quadro completo della situazione e dello stato dell’isolamento.
Il tester di isolamento Megger è un piccolo strumento portatile che ti dà una lettura diretta della
resistenza di isolamento in Ohm e multipli.
Il tester di isolamento Megger è essenzialmente un misuratore di resistenza di alta gamma
(Ohmmetro) con un generatore di corrente continua incorporato. Questo strumento è di particolare
costruzione con entrambe le bobine di corrente e tensione, consentendo di leggere direttamente il
valore in Ohm, indipendente dalla tensione effettiva applicata. Questo metodo non è distruttivo;
cioè, non provoca deterioramento dell'isolamento.
Il generatore può essere fatto funzionare a mano o in linea in modo da sviluppare una elevata
tensione continua che provoca una piccola corrente attraverso e sopra le superfici dell’isolamento
(Fig. 2). Questa corrente (di solito a una tensione applicata di 500 volt o più) viene misurata dal
ohmmetro, che ha un indicatore di scala. Figura. 3 mostra una scala tipica, che legge i valori di
resistenza crescenti da sinistra fino all'infinito, o una resistenza troppo elevata da misurare.
Come interpretare le resistenze lette
Come precedentemente accennato, le letture di resistenza di isolamento devono essere effettuate
periodicamente. Esse possono essere molto diverse per un motore o macchina testati tre giorni di
fila, ma non significa cattivo isolamento. Ciò che conta davvero è la tendenza in letture durante
un periodo di tempo lungo, se mostra un decrescere della resistenza può avvenire un serio
problema. Effettuare test periodici è, quindi, il vostro approccio migliore per una manutenzione
preventiva di apparecchiature elettriche, utilizzando grafici su carte di registro come mostrato in
Fig. 4.
Sia che si prova ogni mese, due volte l'anno, o una volta all'anno dipende dal tipo, la posizione e
l'importanza delle attrezzature. Per esempio, un piccolo motore della pompa o un cavo di controllo
breve può essere di vitale importanza per un processo nel vostro impianto.
L'esperienza è il miglior insegnante nella creazione di test periodici previsti per la vostra
attrezzatura.
Si dovrebbe fare questi test periodici allo stesso modo ogni volta, con gli stessi
collegamenti di prova e con la stessa tensione di prova richiesta e la stessa durata di
tempo.
Inoltre si dovrebbero fare i test alla stessa temperatura.
In sintesi, ecco alcune osservazioni di carattere generale su come è possibile interpretare il
test di resistenza di isolamento periodica, e che cosa si dovrebbe fare con il risultato:
Valori alti e costanti
Nessuna azione.
Valori alti ma una costante tendenza verso il basso
Individuare ed eliminare la causa e verificare la
tendenza al ribasso.
Basso ma ben mantenuto
Condizione buona ma a causa di bassi valori
dovrebbe essere controllata.
Così bassa da essere pericolosa
Pulire, asciugare, o comunque aumentare il
i valori prima di immettere le attrezzature in servizio.
Corretti o alti valori mantenuti ma che mostrano
improvviso abbassamento.
Effettuare test a intervalli frequenti fino a individuare
la causa dei bassi valori o fino a che i valori
diventano stabili ma sicuri per operare o fino a valori
che diventano così bassi che non è sicuro
mantenere in funzionamento l’apparecchiatura.
Fattori che influiscono sulle letture della resistenza d’isolamento
Ricordiamo che la resistenza misurata (di isolamento) sarà determinata dalla tensione applicata e
la risultante corrente (R = E / I).
Ci sono una serie di cose che influenzano la lettura nel tempo, tra cui la temperatura e l’umidità,
come menzionato nella sezione precedente.
In questo momento, limitiamoci a considerare la natura della corrente attraverso l'isolamento
ed il suo effetto.
In realtà, come mostrato in Figura la nostra corrente totale comprende tre componenti:
1. Corrente di carica
Picco di corrente iniziale e dopo rapido decremento
2. Corrente di assorbimento
Inizialmente alta corrente che poi decresce dopo lo spunto iniziale.
3. Corrente di dispersione
Una piccola corrente stabile attraverso e fuori l’isolamento.
Come mostrato in Fig. 5, la corrente totale è la somma delle tre componenti ed è questa corrente
che può essere misurata direttamente da un microamperometro, o in termini di megaohm ad una
particolare tensione per mezzo di un Megger (ohmmetro).
Poiché la corrente totale dipende dal momento in cui la tensione è applicata, conviene
attendere un po’ prima di prendere una lettura.
Nota anche in Fig. che la corrente di carica scompare rapidamente appena l'apparecchiatura in
esame si carica. Unità più grandi con più capacità ci vorrà più tempo per essere caricata.
Si può vedere sempre dalla Fig. che l'assorbimento di corrente diminuisce a velocità relativamente
bassa, a seconda della natura esatta dell'isolamento.
Con buon isolamento, la corrente di conduzione o di dispersione deve avere un valore costante
per una tensione applicata costante. Qualsiasi aumento della corrente di dispersione con il tempo
è un avvertimento di problemi, come discusso nei test descritti nella sezione seguente.
Con la conoscenza accumulata su come il tempo influenza le letture prese dal Megger, prendiamo
in considerazione tre metodi di prova comuni: (1) di breve durata o punto di lettura; (2) Tempo di
resistenza; e (3) passo o test multi-tensione.
TIPOLOGIE DI TEST
di breve durata o punto di lettura (IR = INSULATION RESISTENCE):
In questo metodo, è sufficiente collegare lo strumento da testare attraverso il Megger e farlo
funzionare per un breve periodo di tempo (60 secondi di solito è consigliato).
Come mostrato schematicamente in Fig., abbiamo semplicemente scelto un punto su una curva di
valori crescenti di resistenza; Si tenga presente inoltre che la temperatura e l'umidità, influenzano
le condizioni di isolamento, nonché la lettura del valore.
La regola può essere indicata nel modo seguente:
La resistenza di isolamento dovrebbe essere di circa un megaohm per ogni 1.000 volt di
tensione di esercizio.
Ad esempio, un motore con tensione nominale a 2.400 volt dovrebbe avere una resistenza minima
di isolamento di 2,4 megaohm. In pratica, le letture in megohm normalmente sono notevolmente al
di sopra di questo valore minimo in nuove attrezzature o quando l’isolamento è in buone
condizioni.
Prendendo letture periodicamente e la loro registrazione, è la base per avere un giudizio migliore
sulla condizione reale dell’isolamento. Qualsiasi tendenza al ribasso persistente di solito è il giusto
avvertimento di guai in vista, anche se le letture possono essere superiori ai valori minimi di
sicurezza suggeriti. Altrettanto vero, purché le letture periodiche siano coerenti, esse possono
essere OK, anche se più basse rispetto ai valori minimi consigliati. Le curve di Fig. seguente sono
un tipico comportamento di resistenze di isolamento in varie condizioni di funzionamento
dell'impianto.
Tempo di resistenza (doppia lettura):
Questo metodo è piuttosto indipendente dalla temperatura e spesso può dare un informazione
conclusiva senza registrazioni di prove precedenti. È basato sull'effetto di assorbimento di un buon
isolamento rispetto a quello dell’umido o isolamento contaminato. È sufficiente prendere letture
successive in momenti specifici e notare le differenze di letture (vedi curve, Fig. seguente). I test di
questo metodo sono a volte indicate come prove di assorbimento.
Si noti che un buon isolamento mostra un continuo aumento della resistenza (meno corrente vedere la curva A) per un periodo di tempo (dell'ordine dai 5 ai 10 minuti).
Questo è causato dalla corrente di assorbimento di cui abbiamo parlato in precedenza; un buon
isolamento mostra questo effetto di carica per un periodo di tempo molto più lungo del tempo
richiesto per caricare la capacità dell'isolamento.
Se l'isolamento contiene molta umidità o elementi contaminanti, l'effetto dell’assorbimento è
mascherato da una corrente di dispersione che rimane di un valore abbastanza costante,
mantenendo la lettura della resistenza bassa (ricordate: R = E / I).
Un ulteriore vantaggio di questo test doppia lettura, come a volte viene chiamato, è che ti dà un
quadro più chiaro, anche se una lettura puntuale dice che l’isolamento è in buone condizioni.
Per esempio, diciamo che la lettura su un motore sincrono è stato 10 megaohm. Ora, supponiamo
che il controllo di doppia lettura mostra che la resistenza di isolamento si mantiene costante a 10
megaohm mentre si tiene tensione fino a 60 secondi. Questo significa che ci possono essere
sporcizia o umidità negli avvolgimenti. D'altra parte, se il puntatore mostra un aumento graduale
tra i 60 secondi, allora sei ragionevolmente certo che gli avvolgimenti sono in buone condizioni.
Rapporto di assorbimento dielettrico (DAR = DIELECTRIC ABSORPTION RATIO):
Il rapporto tra due letture di resistenza di isolamento (due ogni 30 secondi) è chiamato un rapporto
di assorbimento dielettrico (DAR).
Indice di polarizzazione (PI = Polarisation Index):
Il rapporto tra due letture di resistenza di isolamento una presa dopo un minuto ed una dopo 10
minuti è detto indice di polarizzazione:
VOLTAGGIO PER IL TEST
I voltaggi in continua per i test sono, per una buona manutenzione, i seguenti:
Questa tabella è una linea guida generale, più precisamente il calcolo da effettuare è il
seguente:
TENSIONE DI PROVA IN CONTINUA ED IN ALTERNATA
Fino ad ora abbiamo parlato di test con tensione continua, ma si può effettuare anche un test AC,
quindi abbiamo la necessità di conoscere la differenza. Ricordate che abbiamo parlato dei tipi di
corrente prodotta in isolamento da DC? (L'ondata iniziale di corrente, con tempo di assorbimento
di corrente di carica, e poi, dopo più tempo, la corrente di conduzione stazionaria.) Abbiamo visto
che in prove di isolamento, la corrente di conduzione o di dispersione è quella che ci dà le
informazioni di cui abbiamo bisogno.
AC spesso viene utilizzata per il test ad alto potenziale; tensione viene portata ad un valore
specifico per vedere se l'isolamento può sostenere quella particolare tensione. Esso è un tipo GO /
NO-GO di prova e può causare il deterioramento dell'isolamento, al contrario della prova DC che è
sostanzialmente non distruttivo.
In alcuni casi, il test AC può essere più adatto per la prova effettuata dal produttore
sull’apparecchiatura (per vedere se essa è conforme agli standard prescritti).
Con l'aumento della tensione di prova, sia il costo che il peso dei Megger AC inizia a salire molto
più rapidamente rispetto ad apparecchiature di prova DC.
In sintesi, i Megger DC sono impiegati quasi esclusivamente per alta tensione per le seguenti
ragioni:
1. Riduzione dei costi
2. Peso più leggero
3. Dimensioni ridotte
4. Non-distruttiva
5. Una migliore informazione, sia in termini di qualità e quantità
TEST DURANTE ESSICCAZZIONE DELL’APPARECCHIATURA
Se l'apparecchiatura è bagnata da acqua dolce, si procede con l’essicazione. Tuttavia, se hai
l'acqua salata, è necessario innanzitutto lavare via il sale con acqua fresca. In caso contrario, si
lasciano depositi molto corrosivi di sale su superfici metalliche e isolanti così come nelle fessure
dell'isolamento. Con l’umidità, tali depositi formano un ottimo conduttore di elettricità. Si dovrebbe
rimuovere anche l'olio o grasso dall'isolamento, utilizzando un solvente adatto.
Ci sono vari modi per asciugare le apparecchiature elettriche, a seconda della le sue dimensioni e
la portabilità. È possibile utilizzare un getto di aria calda, un forno, la circolazione di corrente
attraverso conduttori, o una combinazione di tecniche. Le condizioni della struttura e del locale
impianto, insieme con le informazioni delle apparecchiatura fornite dal produttore, possono servire
come guida per il metodo migliore da adoperare.
In alcuni casi, o con determinate attrezzature, l’essiccazione può non essere necessaria.
È possibile controllare questo test di resistenza di isolamento, se si dispone di record di prove
precedenti sull'apparato. Quando è richiesta l'essiccazione, i registri sono anche utili per
determinare quando l'isolamento è privo di umidità.
NOTA: L’apparecchiatura umida è suscettibile di ripartizione di tensione. Pertanto, dovrebbe
utilizzare una bassa tensione Megger tester (100 o 250 VDC), almeno nelle fasi iniziali di un
percorso di essiccazione. Se uno strumento a bassa tensione non è prontamente disponibile, può
essere sostituito da un lento avviamento di un tester da 500 volt.
Molti tester hanno un ulteriore campo di misura in kilohms. Questa misura è generalmente
effettuata a solo pochi volt, ed è la misurazione ideale per essere fatta su apparecchiature
allagate.
Questa gamma di misure di sotto il range del megaohm può, quindi, fornire una misura reale da
utilizzare come punto di riferimento nel monitoraggio durante il processo di essiccazione.
Come esempio di quanto siano importanti le letture passate, diamo un'occhiata ad un motore 100hp che è stato allagato. Dopo una pulizia, un punto di lettura con il Megger mostra 1.5 megaohm.
Lì per lì, si potrebbe probabilmente dire che questo valore è ok. Cosa è importante in questo caso?
Se i record del passato hanno dimostrato che la resistenza di isolamento per i collegamenti era tra
1 e 2 megaohm, allora il motore è pulito asciutto ed OK.
D'altra parte, se i record precedenti hanno mostrato valori di resistenza normali tra 10 o 20
megaohm, capiamo che l'acqua è ancora presente negli avvolgimenti del motore.
La curva tipica di essiccazione di un’armatura del motore DC (Fig. 10) mostra come si modifica la
resistenza di isolamento. Durante la prima parte della corsa, la resistenza in realtà diminuisce a
causa della temperatura elevata che provoca la prima evaporazione dell’acqua con aumento
dell’umidità. Poi inizia a salire quando la temperatura è costante ed inizia il processo di
essiccazione. Infine, sale a un valore elevato, appena il processo di essiccazione è terminato
torniamo alla temperatura ambiente (20 ° C).