Измерение сопротивлений и сопротивления изоляции
учебно-методический материал на тему

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ И СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

Измерение сопротивлений резисторов входит в объем почти всех видов пусконаладочных и эксплуатационных работ. При выполнении этих измерений выявляют целостность токоведущих цепей электрических машин и аппаратов, обнаруживают обрывы катушек, параллельных ветвей, витковые замыкания, проверяют качество сварки, пайки и др.

Рис. 1. Схемы включения приборов для измерения методом амперметра и вольтметра сопротивлений: а — малых, б — больших, в — очень малых, S — переключатель, GB — батарея, RK — реостат, РА — амперметр, Xi — Ха — зажимы.
          Для измерения сопротивлений постоянному току используют разнообразные приборы и следующие методы: амперметра — вольтметра, электрического моста, микроомметра.
          Метод амперметра и вольтметра применяют во всех случаях, когда не требуется особенно большой точности измерения. Этим методом удобно пользоваться при измерении сопротивлений, находящихся в рабочем режиме. Точность измерения определяется суммой погрешностей амперметра и вольтметра. Для получения достаточно точных результатов необходимо использовать приборы класса точности 0,5 с погрешностью не более 0,5 %. Пределы измерений приборов выбирают так, чтобы отсчеты показаний производились во второй половине их шкалы. Обычно в таких случаях применяют многопредельные вольтметры с пределами измерения напряжения в цепях постоянного тока от 0,045 до 300 В и тока от 0,03 до 30 А. Метод основан на законе Ома, согласно которому измеряемое сопротивление какого-либо проводника R равно напряжению на его зажимах U, деленному на ток, проходящий через проводник: R = Z = U/I.

Таким образом, если пропустить через сопротивление ток и измерить его и напряжение на зажимах сопротивления, можно определить значение сопротивления.
Возможны две схемы включения вольтметра и амперметра для измерения сопротивления, показанные на рис. 1, а, б. При измерении очень малых сопротивлений используют милливольтметр PV, который во избежание погрешности от сопротивления соединительных проводов и переходных контактов подключают к потенциальным зажимам измеряемого сопротивления Xi — /V3 (рис. 1, в).
         Метод амперметра и вольтметра дает правильные результаты при соблюдении следующих условий: количество разъемных контактов в схеме измерения должно быть наименьшим;    источником постоянного тока должна быть сеть или аккумуляторная батарея достаточной емкости напряжением 4—12 В; отсчеты показаний по обоим приборам должны выполняться одновременно двумя лицами по команде одного из них; сопротивление следует измерять при разных значениях тока;
при измерениях повышенной точности надо выбирать приборы класса не ниже 0,5.


Рис. 2 Схема измерительного моста постоянного тока.
          Для измерения сопротивлений (10-8—10+16 Ом) постоянному току с высокой точностью служат электрические мосты.
          Измерительный мост, показанный на рис. 2, состоит из трех резисторов R1, R2, Rc, которые вместе с измеряемым сопротивлением резистора Rm образуют четырехугольник АБВГ. В его диагонали включены батареи GB и гальванометр Р (чувствительный магнитоэлектрический прибор).
На рис. 3, а, б показаны общий вид и схема реохордного моста ММВ. Мосты, у которых сопротивления в плечах выполнены в виде калиброванной манганиновой проволоки, называют реохордом. Реохорд разделяется скользящим по нему контактом D на два плеча. Для измерения сопротивления Rк резистора Rx достаточно знать отношение сопротивлений R1/R2, поэтому на шкале скользящего контакта нанесены не значения сопротивлений Ri и Rг, а значения их отношений при различных положениях движка. На шкале переключателя сопротивлений в плече сравнения г3 нанесены значения сопротивлений от 0,1 до 1000 Ом.
       Для определения неизвестного сопротивления Rгх его подключают к зажимам 1 и 2, устанавливая вначале в плече сравнения R3 предполагаемое значение неизвестного сопротивления. Затем нажимают на кнопку 5 (S) и вращают ручку реохорда 3 до тех пор, пока стрелка гальванометра не установится на нулевую отметку. Измеряемое, сопротивление равно произведению отсчетов по шкале реохорда 3 и рукоятке переключателя 4 диапазонов измерения.
         Мост ММВ относится к индикаторам сопротивления и предназначен для технических измерений сопротивлений. Источником питания индикатора служит батарея 3336. При измерении сопротивлений меньше i Ом учитывают сопротивление соединительных проводников.
Для более точного измерения сопротивлений в практике наладочных работ широко применяют мосты постоянного тока Р 316, УМВ, РЗЗЗ.
Для измерения малых сопротивлений применяют микроомметр, который дает эффект при большом количестве измерений, например: переходных сопротивлений контактов ошиновки, масляных выключателей, сопротивлений между соседними парами коллекторных пластин электрических машин и другого электрооборудования.

Рис. 3. Малогабаритный мост: а — общий вид, б — схема.
         При наладочных работах используют микроомметры Ф415, Ф4104.
         Сопротивление изоляции электрических цепей, машин и аппаратов — важнейший показатель состояния электроустановки.
       Это сопротивление измеряют с помощью мегаомметра, учитывая, что его значение в значительной мере зависит от времени, через которое сделан отсчет. Поэтому за измеренное сопротивление изоляции принимают установившееся значение, которое наступает через 1 мин. после приложения напряжения. Измерения должны производиться в соответствии с действующими правилами техники безопасности лицами с требуемой квалификационной группой.
          При оценке состояния сопротивления изоляции пользуются методом абсорбции. При этом сравниваются показания мегаомметра, полученные через 15 и 60 с после приложения напряжения к изоляции. В качестве показателя для сравнения принимают отношение (коэффициент абсорбции) Кза = R60/R15, где R60 и R15  — сопротивления изоляции, отсчитанные через 60 и 15 с после приложения напряжения к изоляции.
Значение коэффициента абсорбции сравнивают с предыдущими измерениями. В процессе наладочных работ измерения этого коэффициента выполняют при положительной температуре (не ниже 10 °С). При 15—30 °С для неувлажненных обмоток он находится в пределах 1,3—2. Увлажненные обмотки имеют коэффициент абсорбции, близкий к единице.
         Перед началом измерений во избежание погрешностей необходимо принять следующие меры: удалить пыль, очистить изоляторы, устранить сырость. Измерение производят мегаомметром на 1000 или 2500 В.
          При выполнении наладочных работ широко применяют мегаомметры различных типов и напряжений (на 100, 500, 1000 и 2500 В). Схемы мегаомметров приведены на рис. 4. Мегаомметр М4100/1—4 (рис. 4, а) состоит из измерительного механизма Р со шкалой, проградуированной в омах или мегаомах, выпрямителя UD и генератора G постоянного или переменного тока с последующим выпрямлением, резисторов Rl — R4 и конденсаторов Cl, С2. Преобразование переменного тока в постоянный необходимо потому, что при испытаниях показания приборов зависели бы не только от измеряемого сопротивления изоляции, но и от емкостного сопротивления испытываемой цепи, особенно это относится к кабельным и воздушным линиям, имеющим большую емкость.

Рис.  4. Схемы мегомметров: а — М4100/1—4, б — М4100/ 5.
           Измерительный механизм изготовляют в виде двухрамочного магнитоэлектрического логометра. Измеряемое сопротивление включают между зажимами Л (линия) и 3 (земля) и вращают рукой рукоятку якоря генератора. Ток, генерируемый генератором, проходит по двум параллельным ветвям. Одна часть тока протекает от выпрямителя UD через сопротивления резисторов Rl, R2 и одну из обмоток измерительного механизма. Значение этого тока не зависит от значения измеряемого сопротивления. Другая часть тока протекает через вторую обмотку измерительного механизма, измеряемое сопротивление изоляции и сопротивления резисторов R3, R4. Следовательно, значение тока в этой обмотке зависит от значения измеряемого сопротивления. Таким образом, отклонение стрелки измерительного механизма зависит от соотношения токов в его обмотках. Поэтому при неизменном напряжении, развиваемом генератором, отклонение стрелки измерительного механизма зависит только от значения измеряемого сопротивления, что позволяет нанести на шкалу непосредственно Омы (или мегаомы и килоомы).
            Якорь генератора достигает номинальной частоты при вращении рукоятки прибора с частотой 120 об/мин. На валу якоря помещен центробежный регулятор, обеспечивающий постоянство напряжения при увеличении частоты вращения якоря выше номинальной. На рис. 4, 6 показана электрическая схема мегаомметра М4100/5 на 2500 В, который по конструкции отличается от мегаомметра М4100/1— 4 количеством конденсаторов и выпрямителем, собранным по схеме умножения напряжения.

 

Рис. 5. Схемы измерения сопротивления изоляции мегаомметрами: а — M4100/I—4 на пределе,  б — М4100/1 — 4 на пределе «кΩ», в — М4 100/5 на пределе
«МΩ», г — М4100/5 на пределе «кΩ»
         Для исключения влияний поверхностных токов утечки, которые могут исказить результаты измерения сопротивления изоляции, в схемах некоторых приборов предусмотрен специальный третий зажим Э (экран), который, присоединен непосредственно к выводу генератора (рис. 4,6). В этом случае токи по поверхности увлажненного изолятора отводятся в землю, минуя обмотки измерительного механизма. Линейный зажим Л защищен охранным изолирующим кольцом. Схемы измерения сопротивлений изоляции мегаомметрами М4100/1—5 приведены на рис. 5, а — г. При измерении на пределе kΩ перемычку на одном из комплектных соединительных проводов подсоединяют к зажимам Л — 3, а измеряемое сопротивление — между зажимами 3 — Э.
         Технические характеристики мегаомметров М4100/1—5 приведены в табл. 1.
Перед измерениями необходимо убедиться в исправности мегаомметра. При вращении ручки генератора стрелка индикатора должна устанавливаться на отметку «с» шкалы МОм, а при установке перемычки между выводами Л — 3 — на «0» этой же шкалы. В противном случае прибор считается неисправным.
Таблица 1. Технические характеристики мегаомметров М 4100/1—5.

Примечание. Технические показатели и схемы мегаомметров последних выпусков имеют незначительные изменения.
Запрещается приступать к измерениям, не убедившись в отсутствии напряжения па проверяемом объекте!

Рис. 6. Схема включения мегаомметра M4I00/5.
        В зависимости от измеряемого сопротивления подключение производят к соответствующим зажимам, например для мегаомметров М 4100/5 так, как показано на рис. 6.
        Измерения мегаомметром осуществляют два человека: один вращает рукоятку генератора, другой касается частей цепи, подлежащих измерению. Отсчет производится после того, как стрелка займет устойчивое положение.
       При измерении изоляции высоковольтного оборудования следует пользоваться мегаомметром на 2500 В, а при измерении низковольтного оборудования — на 100, 500 и 1000 В.
       При проверке изоляции электрооборудования следят за тем, чтобы не подать повышенное напряжение на детали и элементы электроустановок с пониженным испытательным напряжением (конденсаторы, выпрямители, микросхемы и пр.).

Испытание изоляции повышенным напряжением.

Подавляющее большинство повреждений изоляции оборудования связано с местными сосредоточенными дефектами. Существующие методы так называемых неразрушающих испытаний (измерение токов абсорбции, токов утечки сопротивления изоляции и т. д.) в подобных случаях не дают окончательного ответа о состоянии изоляции электрооборудования. Основным способом выявления сосредоточенных дефектов является испытание изоляции электрооборудования повышенным напряжением. Во избежание аварий при эксплуатации ослабленное место в изоляции при таком испытании доводится до состояния пробоя.

Испытание изоляции цепей вторичной коммутации повышенным
напряжением.

Вторичные цепи испытывают повышенным напряжением 1000 В переменного тока в течение 1 мин. с помощью специальных аппаратов. Например, такой аппарат мощностью 250 В • А при его включении от регулировочного автотрансформатора ЛАТР-2 позволяет получать на выходе напряжение от 0 до 2000 В. На  выходе включен прибор с переключателем измерений, с помощью которого измеряются выходной ток и напряжение при испытаниях. Схема аппарата показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема аппарата для испытания изоляции повышенным напряжением Tl, Т2 — регулировочный и испытательный трансформаторы, Р — измерительный прибор, R1 – R10 - резисторы делителя напряжения, R11 - шунт к измерительному прибору, RI2 _ добавочный резистор к прибору, UD—выпрямитель, SN переключатель измерения (встроен в прибор), В — высоковольтный вывод, 3 - земля.
          Перед испытаниями выполняют подготовительные операции. Схему испытывают со всеми элементами в собранном состоянии. До испытаний необходимо: убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании и оградить от возможного к нему прикосновения; снять все заземляющие проводники в схеме вторичных цепей трансформаторов тока; отключить или закоротить первичные обмотки трансформаторов напряжения; отключить от схемы элементы с более низким уровнем изоляции (полупроводниковые элементы, блоки и панели с микросхемами, выпрямители, конденсаторы); закоротить и соединить между собой обмотки промежуточных трансформаторов. Особое внимание следует обратить на тщательную проверку схемы и принятие мер, исключающих переход испытательного напряжения на другие соседние схемы.
         После подготовки к схеме подключают испытательную установку. Корпус регулировочного автотрансформатора и первичную обмотку испытательного трансформатора заземляют. Испытательную схему подключают к сети 220 В и 50 Гц через рубильник или автоматический выключатель с видимым разрывом. Устанавливают регулировочное устройство в нулевое положение и затем подают напряжение. Плавно поднимают напряжение примерно до 500 В, просматривают схему и при отсутствии разрядов искр поднимают напряжение до 1000 В, выдерживают его 1 мин и плавно снижают до нуля. Отключают установку, разряжают схему на землю и проверяют сопротивление изоляции мегаомметром. Изоляцию вторичной коммутации признают пригодной к эксплуатации, если не произошло ее пробоя, не было отмечено по показаниям приборов резких бросков тока, а также снижения напряжения.

Испытание изоляции силовых кабелей выпрямленным напряжением.

Перед вводом в эксплуатацию кабели на напряжение свыше 1000 В испытывают повышенным напряжением постоянного тока. Обычно испытания проводят дважды: перед их прокладкой на барабане и после прокладки, монтажа муфт и разделок кабельных воронок.

Практическая работа 11.

«Испытания сопротивления изоляции токоведущих частей электроустановок».

1. Испытание изоляции повышенным напряжением.

Зарисовать схему аппарата для испытания изоляции.

2. Измерение сопротивления изоляции мегаомметром.

Зарисовать схему мегаомметра М4100/5.

Записать характеристики мегаомметра М4100/5.

Зарисовать схему измерения сопротивления изоляции мегаомметром М4100/5 на пределе «МΩ».