Wskaźnik polaryzacji (PI) i DAR — ocena izolacji dużych silników i transformatorów

Przewodnik o pomiarze rezystancji izolacji opisuje standardową procedurę: pomiar pojedynczej wartości rezystancji izolacji po ustalonym czasie pomiaru. W przypadku dużych silników, generatorów i transformatorów (zwykle od kilku MVA wzwyż) ta pojedyncza wartość jest jednak znacznie mniej rozróżniająca niż w małym obwodzie: pojemność uzwojenia jest wtedy tak duża, że odczyt rezystancji nadal rośnie przez dłuższy czas. Ten artykuł opisuje dwie dodatkowe oceny dostosowane do tego: wskaźnik polaryzacji (PI) i współczynnik absorpcji dielektrycznej (DAR), oba oparte na IEEE 43.

Dlaczego pojedynczy odczyt nie wystarcza

Gdy do uzwojenia przyłożone jest napięcie stałe, mierzony prąd początkowo składa się z trzech składowych: krótkotrwałego prądu ładowania pojemności uzwojenia, stopniowo malejącego prądu absorpcji (polaryzacji materiału izolacyjnego) oraz ostatecznie stabilnego prądu upływu. W dużym uzwojeniu o znacznej pojemności prąd absorpcji dominuje jeszcze przez minuty, przez co odczyt rezystancji na przykład po 1 minucie wciąż gwałtownie rośnie. Pojedynczy odczyt w ustalonym momencie mówi wtedy głównie o tym, jak daleko posunął się ten wzrost, a nie przede wszystkim o rzeczywistym stanie izolacji.

Współczynnik absorpcji dielektrycznej (DAR)

DAR jest szybszą z dwóch ocen: stosunek zmierzonej rezystancji izolacji po 60 sekundach i po 30 sekundach:

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

DAR to szybkie badanie przesiewowe, odpowiednie jako wstępny wskaźnik, ale mniej rozróżniające w uzwojeniach o znacznej pojemności, gdzie proces absorpcji przebiega w dłuższej skali czasowej niż okno 30-60 sekund obejmowane przez DAR.

Wskaźnik polaryzacji (PI)

PI wykorzystuje dłuższe okno i jest dzięki temu pełniejszą oceną dla maszyn o znacznej pojemności uzwojenia: stosunek rezystancji izolacji po 10 minutach i po 1 minucie:

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

Wartości orientacyjne według IEEE 43

IEEE 43 podaje następujące praktyczne wartości orientacyjne dla minimalnego akceptowalnego PI:

PI wyraźnie poniżej tych wartości orientacyjnych wskazuje na wchłanianie wilgoci, zanieczyszczenie lub starzenie się izolacji; PI na poziomie lub tuż poniżej 1,0 (ledwo rosnąca rezystancja) to silny wskaźnik silnie zawilgoconej lub zanieczyszczonej izolacji.

Uwaga: IEEE 43 jest napisane specjalnie dla maszyn wirujących (silników, generatorów). Dla transformatorów mocy chłodzonych cieczą obowiązuje inna, specyficzna dla transformatorów praktyka diagnostycznych badań terenowych, z własnymi ramami odniesienia. W praktyce PI i DAR mimo to są również stosowane do uzwojeń transformatorów jako dodatkowy, porównywalny wskaźnik, ale bez bezpośredniego przenoszenia dokładnych wartości progowych IEEE 43.

Praktyczne znaczenie

Przy okresowej ocenie izolacji dużych silników, generatorów i (z powyższym zastrzeżeniem) transformatorów pojedynczy pomiar rezystancji izolacji daje niewystarczające informacje, aby odróżnić trend od migawki. PI i/lub DAR, mierzone i dokumentowane przy każdym okresowym badaniu, umożliwiają rozpoznanie stopniowego pogarszania się izolacji, zanim sama bezwzględna wartość rezystancji izolacji stanie się zbyt niska.

Częste błędy

1. Ocenianie tylko bezwzględnej wartości rezystancji izolacji w dużej maszynie, bez obliczania PI lub DAR — pozornie "wystarczająca" wartość rezystancji może ukrywać malejący trend, który staje się widoczny dopiero dzięki PI/DAR.
2. Używanie DAR jako zamiennika PI w maszynach o dużej pojemności uzwojenia — krótsze okno czasowe DAR nie może w pełni uchwycić procesu absorpcji dużego uzwojenia.
3. Bezpośrednie stosowanie progów IEEE 43 dla maszyn wirujących do transformatorów mocy jako dokładnej normy, a nie jako dodatkowego, orientacyjnego porównania.
4. Niezachowywanie spójności napięcia probierczego lub czasu badania między kolejnymi okresowymi pomiarami — PI i DAR można sensownie porównywać w czasie tylko wtedy, gdy warunki pomiaru (napięcie probiercze, temperatura, czas trwania badania) pozostają porównywalne.

Powiązane

• Pomiar rezystancji izolacji
• Pomiar rezystancji izolacji po stronie DC stringów PV
• Kalibracja przyrządów pomiarowych