Polarisatie-index (PI) en DAR — isolatiebeoordeling van grote motoren en transformatoren

De gids over isolatieweerstandsmeting behandelt de standaardprocedure: een enkele isolatieweerstandswaarde meten na een vaste meettijd. Bij grote motoren, generatoren en transformatoren (doorgaans vanaf enkele MVA) is die ene waarde echter minder onderscheidend dan bij een klein circuit: de wikkelingscapaciteit is dan zo groot dat de weerstandswaarde nog geruime tijd blijft oplopen. Dit artikel behandelt twee aanvullende beoordelingen die daarop zijn toegesneden: de polarisatie-index (PI) en de dielectrische absorptieverhouding (DAR), beide gebaseerd op IEEE 43.

Waarom een enkele meetwaarde niet volstaat

Wanneer een gelijkspanning op een wikkeling wordt gezet, bouwt de gemeten stroom zich in eerste instantie op uit drie componenten: een kortstondige oplaadstroom van de wikkelingscapaciteit, een geleidelijk dalende absorptiestroom (polarisatie van het isolatiemateriaal), en een uiteindelijk stabiele lekstroom. Bij een grote wikkeling met aanzienlijke capaciteit domineert de absorptiestroom nog minutenlang, waardoor de afgelezen weerstandswaarde op bijvoorbeeld 1 minuut nog sterk aan het stijgen is. Een enkele meetwaarde op een vast moment zegt dan vooral iets over hoever die opbouw is gevorderd, niet primair over de werkelijke conditie van de isolatie.

Dielectrische absorptieverhouding (DAR)

DAR is de snelste van de twee beoordelingen: de verhouding tussen de gemeten isolatieweerstand na 60 seconden en na 30 seconden:

$$DAR = \frac{R_{60s}}{R_{30s}}$$

DAR is een snelle screening, geschikt als eerste indicatie, maar minder onderscheidend bij wikkelingen met veel capaciteit, waar het absorptieproces over een langere tijdschaal doorloopt dan de 30-60 seconden-vensters van DAR bestrijken.

Polarisatie-index (PI)

PI gebruikt een langer venster en is daardoor de volledigere beoordeling voor machines met aanzienlijke wikkelingscapaciteit: de verhouding tussen de isolatieweerstand na 10 minuten en na 1 minuut:

$$PI = \frac{R_{10min}}{R_{1min}}$$

Richtwaarden volgens IEEE 43

IEEE 43 geeft de volgende praktijkrichtwaarden voor een minimaal aanvaardbare PI:

Een PI duidelijk onder deze richtwaarden wijst op vochtopname, vervuiling of veroudering van de isolatie; een PI rond of net onder 1,0 (nauwelijks stijgende weerstand) is een sterke aanwijzing voor ernstig vochtige of verontreinigde isolatie.

Let op: IEEE 43 is specifiek geschreven voor roterende machines (motoren, generatoren). Voor vloeistofgekoelde vermogenstransformatoren geldt een andere, transformator-specifieke praktijk voor diagnostische veldtests, met een eigen referentiekader. PI en DAR worden in de praktijk desondanks ook op transformatorwikkelingen toegepast als aanvullende, vergelijkbare indicatie, maar dan zonder de exacte IEEE 43-drempelwaarden een-op-een over te nemen.

Praktische relevantie

Bij de periodieke isolatiebeoordeling van grote motoren, generatoren en (met de bovenstaande kanttekening) transformatoren geeft een enkele isolatieweerstandsmeting onvoldoende informatie om een trend te onderscheiden van een momentopname. PI en/of DAR, gemeten en gedocumenteerd bij elke periodieke test, maken het mogelijk om een geleidelijke achteruitgang van de isolatie te herkennen vóórdat de absolute isolatieweerstandswaarde zelf al te laag is geworden.

Veelgemaakte fouten

1. Alleen de absolute isolatieweerstandswaarde beoordelen bij een grote machine, zonder PI of DAR te berekenen — een op zich "voldoende" ogende weerstandswaarde kan een dalende trend verbergen die pas via PI/DAR zichtbaar wordt.
2. DAR gebruiken als vervanging voor PI bij machines met grote wikkelingscapaciteit — DAR's kortere tijdvenster kan het absorptieproces van een grote wikkeling niet volledig vastleggen.
3. IEEE 43-drempelwaarden voor roterende machines zonder meer toepassen op vermogenstransformatoren als een exacte norm, in plaats van als een aanvullende, indicatieve vergelijking.
4. De testspanning of testtijd niet consistent houden tussen opeenvolgende periodieke metingen — PI en DAR zijn alleen betekenisvol te vergelijken over tijd als de meetomstandigheden (testspanning, temperatuur, testduur) vergelijkbaar blijven.

Gerelateerd

• Isolatieweerstandsmeting
• Isolatieweerstandsmeting aan de DC-zijde van PV-strings
• Kalibratie van meetapparatuur