مقاومت عایقی

تست مقاومت عایقی یکی تست های الزامی در تاسیسات و تجهیزات الکتریکی محسوب می شود. تست عایقی به شکل های مختلفی در الکتروموتور، ژنراتور، ترانسفورماتور، کابل، سیم و غیره انجام می شود. در این بخش با عایق خوب، عوامل تخریب عایق، روش تست عایقی و فاکتورهای موثر در قرائت مقاومت عایقی آشنا می شویم.

عایق خوب چیست؟

تمام سیم هایی که در تاسیسات الکتریکی شما از جمله موتورها، کابل ها، سوئیچ ها، ترانسفورماتور و غیره به کار رفته اند با دقت بالا و با یکی از فرم های عایق پوشانده شده اند. قسمت اصلی سیم ها معمولا از مس یا آلومینیوم تشکیل شده که یک رسانای خوب برای جریان الکتریکی هستند. نقش عایق دقیقا بر خلاف هادی است. عایق باید در مقابل جریان الکتریکی مقاومت کرده و آن را در مسیر اصلی خود نگه دارد.

برای درک تست عایقی نیاز به فرمول های پیچیده ی ریاضی و دانش تخصصی برق نیست. تنها بخش ریاضی این تست مربوط به قانون اهم است. اگر با این قانون آشنا هستید، باز هم توصیه می شود کاربرد آن در بخش تست عایقی را مرور کنید.

می توان عایق اطراف هادی را همانند یک لوله برای انتقال آب در نظر گرفت. برای درک بهتر، قانون اهم را برای جریان آب داخل لوله تصور کنید. در تصویر زیر فشار پمپ باعث جاری شدن آب می شود. در هر قسمتی از لوله که نشتی وجود داشته باشد، مقداری از آن از دست رفته و فشار داخل لوله نیز کمتر می شود.

در بحث الکتریکی نیز ولتاژ، مانند پمپی است که باعث جاری شدن الکترون ها در مسیر هادی خواهد شد. برای عبور جریان الکتریکی از داخل هادی همواره مقداری مقاومت وجود دارد. وجود مقاومت در مسیر عبور جریان باعث افزایش تلفات و حرارت خواهد شد.

به صورت کلی می توان گفت اگر ولتاژ زیادی داشته باشیم، می توانیم جریان زیادی هم ایجاد کنیم. از طرفی مقاومت کمتر هادی در ولتاژ برابر، باعث عبور جریان بیشتری خواهد شد. این اساس قانون اهم است.

 

\[E=I\times R\]

\[E=voltage\ in\ volts\]

\[I=current\ in\ amperes\]

\[R=resistance\ in\ ohms\]

 

در تمام قسمت ها دو موضوع ایده آل و واقعی تعریف می شود. به عنوان مثال یک عایق ایده آل دارای مقاومت بی نهایت بوده و هیچ جریانی از آن عبور نمی کند. با توجه به این که عایق ایده آل وجود ندارد، همواره مقداری جریان از آن عبور کرده و یا به زمین هدایت می شود. شاید این جریان یک میلیونیوم آمپر یا یک میکرو آمپر باشد اما اندازه گیری آن برعهده دستگاه های تست عایقی است. ولتاژ بالا باعث عبور جریان بیشتری از داخل عایق می شود. این مقدار جریان ممکن است به عایق صدمه نزند اما یک مشکل مهم در عایق های پیر یا رو به پیری محسوب می شود.

حالا می توانیم به “سوال عایق خوب چیست” پاسخ دهیم. عایق خوب به معنی مقاومت بالا در مقابل جریان الکتریکی است.  در تعریف یک عایق خوب، کلمه ی خوب به معنی نگهداشتن خاصیت عایقی در طولانی مدت است. اندازه گیری مقاومت عایقی با روش مناسب می تواند خوب بودن عایق را برای ما مشخص کند. از آن مهم تر، اندازه گیری دوره ای مقاومت عایقی می تواند سرعت پیر شدن عایق را مشخص کند. جهت آشنایی بیشتر مقاله ی روش های اندازه گیری مقاومت عایقی را مطالعه کنید.

چه چیزهایی عایق را خراب می کند؟

هنگامی که تاسیسات و تجهیزات الکتریکی شما جدید هستند، مقاومت عایقی در بهترین حالت یا بیشترین مقدار خواهد بود. شرکت های سازنده ی کابل، سیم، موتور و غیره همواره در ارتقاء عایق های استفاده شده در تجهیزات تلاش می کنند. امروزه  عایق ها به علت های مختلفی از جمله موارد زیر آسیب می بینند:

• ضربه های مکانیکی
• لرزش
• گرما و سرمای بیش از حد
• تماس با روغن و بخار های خورنده
• رطوبت ناشی از فرآیندها، روزهای بارانی، مرطوب و غیره

موارد فوق به نوعی دشمنان عایق محسوب می شوند. دشمنان عایق با انواع استرس های الکتریکی ترکیب شده و تجهیزات را تهدید می کنند. به عنوان مثال ایجاد یک حفره روی عایق بعلت ضربه یا تنش مکانیکی را تصور کنید. با نفوذ رطوبت، خاک و مواد دیگر در این حفره به مرور زمان مقاومت آن کاهش پیدا کرده و جریان نشتی بیشتر می شود. به بیان دیگر هنگامی که عایق در معرض آسیب قرار بگیرد، اثرات مخرب با یکدیگر جمع شده و باعث افزایش جریان نشتی خواهند شد.

چگونه مقاومت عایقی اندازه گیری می شود؟

عایق خوب دارای مقاومت بالا و عایق ضعیف دارای مقاومت پائین است. مقدار حقیقی مقاومت با توجه به دما و رطوبت عایق تغییر می‌کند. در بسیاری از تجهیزات میزان مقاومت با افزایش رطوبت و دما معمولا کاهش پیدا می کند. در مقاله ی تاثیر رطوبت و دما در مقاومت عایقی این موضوع را به صورت کامل بررسی کردیم. با اندازه گیری مقاومت عایقی و در دست داشتن نتایج قبلی می توان تصویر مناسبی از وضعیت عایق ایجاد کرد. در نظر داشته باشید که تحلیل وضعیت عایق به تجربه کافی در این زمینه نیاز دارد.

تسترهای عایقی اغلب کوچک و پرتابل بوده و می توانند مقدار مقاومت را به صورت مستقیم در واحدهای اهم و مگا اهم اندازه گیری کنند. برای عایق های خوب معمولا مقدار مقاومت در رنج مگااهم بیان می شود. تسترهای عایقی در واقع دستگاه های اندازه گیری مقاومت با رنج های بسیار بالا به همراه سیستم داخلی تولید کننده ی جریان دی سی  هستند.  این دستگاه با ساختار ویژه به همراه دو بوبین ولتاژ و جریان، می تواند مقدار مقاومت را اندازه گیری کند. سنجش مقاومت در میگر مستقل از ولتاژ اعمال شده است. تست عایقی با ولتاژ DC مضر نبوده و صدمه ای به عایق وارد نمی کند. البته جهت جلوگیری از صدمه به عایق باید طبق دستورالعمل ها عمل کرده و نحوه اتصال و میزان ولتاژ اعمالی را در نظر گرفت.

سیستم تولید کننده ی ولتاژ می تواند به صورت دستی و یا توسط منبع خارجی عمل کند. این سیستم توانایی تولید ولتاژ مستقیم بالایی را دارد. ولتاژ اعمال شده باعث عبور جریان از داخل عایق و یا سطح عایق آن می شود. میزان جریان که معمولا با اعمال ولتاژ های 500 ولت یا بیشتر در عایق جاری شده، توسط یک اهم متر با مقیاس بندی مشخص اندازه گیری می شود. در تصویر زیر یک میگر با صفحه ی آنالوگ جهت قرائت مقدار مقاومت از صفر تا بی نهایت را مشاهده می کنید.

عایق خوب دارای مقاومت بالا و عایق ضعیف دارای مقاومت کمی است. میزان مقاومت عایقی حاصل تقسیم ولتاژ تست بر کل جریان نشتی است. دستگاه میگر به صورت داخلی ولتاژ را بر جریان تقسیم کرده و میزان مقاومت را روی صفحه نمایش نشان می دهد.

 

\[\frac{Test\ Voltage\ (V)}{Leakage\ Current\ (\mu A)}\]

چگونه مقدار مقاومت قرائت شده را تفسیر کنیم؟

مقدا مقاومت ثابت نبوده و به همین علت قرائت مقدار آن باید نسبی باشد. به عنوان مثال مقادیر متفاوت قرائت شده در یک ماشین یا موتور در سه روز مختلف، نشانه ی بد بودن عایق آن نیست. نکته ی مهم کاهش مقدار مقاومت در اندازه گیری های منظم است. کاهش مقاومت در اندازه گیری های منظم نشانه ای از روند پیری عایق یا نفوذ رطوبت محسوب می شود.

جهت اطلاع از وضعیت عایق می توان گفت که اندازه گیری های دوره ای بهترین روش برای انجام تعمیرات پیشگیرانه در تاسیسات الکتریکی است. توصیه می شود سوابق هر تجهیز را در کارت یا سندهای الکترونیک ثبت و نگهداری کنید.

انتخاب بازه ی تست به محل نصب و اهمیت تجهیزات بستگی دارد. با توجه به اهمیت تاسیسات می توانید بازه های اندازه گیری ماهانه، شش ماه یکبار، سالانه و غیره را انتخاب کنید. تجربه بهترین معلم برای مشخص کردن بازه های زمانی تست در تجهیزات الکتریکی شما است. به عنوان مثال یک پمپ کوچک یا کابل کنترل کوتاه ممکن است در روند کاری تاسیسات شما بسیار حیاتی باشد.

تست های دوره ای باید دقیقا شبیه به هم انجام شوند. این به معنی شرایط یکسان محیط و برابر بودن ولتاژ و زمان تست است. علاوه بر این، تست ها باید در دمای یکسان انجام شده و یا از فرمول های خاصی برای اصلاح دما استفاده شود. هنگام تست عایقی بهتر است از مقدار رطوبت محیط نیز اطلاعاتی ثبت شود. در بخش های آینده روش اصلاح مقاومت عایقی بر اساس دما و رطوبت شرح داده شده است.

کارهای توصیه شده پس از اندازه گیری مقاومت عایقی

در این قسمت و به صورت خلاصه، اطلاعات اندازه گیری های دوره ای و کارهایی که باید انجام شود را مشاهده می کنید.

نتیجه تست	کاری که باید انجام شود
مقدار بالا و ثبات خوب بدون عدم کاهش منحنی نهایی	عایق سالم بوده و بدون نگرانی می تواند به کار خود ادامه دهد.
مقدار مقاومت عایقی بالا ولی نشان دادن یک روند نزولی در تست های برنامه ریزی شده	مشخص کردن علت نزولی بودن مقادیر و رفع آن
مقدار پائین ولی ثبات خوب بدون منحنی نهایی	وضعیت احتمالا درست است اما علت قرائت مقدار پائین مقاومت عایقی باید بررسی شود.
بسیار پائین و وارد شدن به محدوده ی غیر ایمن	با تمیز کردن، خشک کردن و راه های دیگر باید مقدار مقاومت قبل از وارد مدار شدن تجهیز افزایش پیدا کند. تست تجهیزات مرطوب باید پس از خشک شدن تکرار شود.
مقدار بالا و ثبات خوب در اندازه گیری های قبلی ولی کاهش یکباره ی مقاومت عایقی در این اندازه گیری	اندازه گیری ها را با زمان های مشخص انجام دهید تا علت قرائت مقاومت پایئن را پیدا و رفع کنید. این کار را تکرار کنید تا زمانی که مقدار مقاومت در حد پائین ولی ایمن برای در سرویس بودن تجهیز قرار بگیرد یا تا زمانی که مقدار مقاومت در حد پائین و غیر ایمن برای در سرویس بودن برسد.

فاکتورهای موثر در قرائت مقاومت عایقی

مقدار مقاومت عایقی اندازه گیری شده به ولتاژ تست و جریان عبوری از عایق بستگی دارد. فاکتورهای زیادی از جمله حرارت و رطوبت بر میزان جریان عبوری از سطح و داخل عایق تاثیر می گذارند. در این بخش فقط به جریان عبوری و تاثیر ولتاژ مدار در مقاومت عایقی پرداخته و فاکتورهایی مانند رطوبت و دما را در نظر نخواهیم گرفت. جریان عبوری از عایق به سه بخش یا مولفه خازنی، جذب و هدایتی تقسیم می شود. تعریف هر یک از این جریان ها عبارت است از:

جریان شارژ خازنی یا Capacitive

هادی های دارای اختلاف پتانسیل با یکدیگر تشکیل خازن می دهند. در این حالت هادی ها مانند صفحه ی خازن و عایق بین آن ها مانند دی الکتریک رفتار می کند. اعمال ولتاژ مستقیم به موضوع تحت تست باعث شارژ خازن و کاهش این جریان تا صفر خواهد شد. جریان خازنی به صورت عادی در کمتر از 1 ثانیه صفر می شود. جریان خازنی با مقدار بالایی آغاز شده و با شارژ شدن کامل عایق، کاهش پیدا می کند.

جریان جذب یا Absorption

این جریان نیز با مقدار بالایی شروع شده ولی در ادامه کاهش پیدا می کند. سرعت میرا شدن جریان جذب در مقایسه با جریان خازنی کمتر است. سرعت کاهش جریان جذب به نوع عایق بستگی داشته و در برخی موارد تا 10 دقیقه زمان خواهد برد. علت استفاده از زمان های طولانی مانند 10 دقیقه در تست PI میرا شده همین جریان است. علل تغییر جریان جذب در بخش روش اندازه گیری زمان-مقاومت شرح داده شده است. در نظر داشته باشید که پس از اندازه گیری های طولانی مدت باید موضوع تحت تست دشارژ شود. معمولا پروسه ی دشارژ توسط میگر انجام خواهد شد. در غیر این صورت باید زمان دشارژ را 4 برابر زمان اعمال ولتاژ در نظر بگیرید.

جریان هدایتی، نشتی یا Conduction Current

در واقعیت هیچ عایقی ایده آل نیست. عایق های الکتریکی مقداری جریان نشتی داشته که در تعیین مقاومت عایقی بسیار مهم است. جریان هدایتی یا نشتی یک جریان کوچک و ثابتی است که از داخل عایق و روی آن عبور می کند. هنگام اندازه گیری مقاومت عایقی باید به جریان سطحی یا Surface Leakage Current نیز توجه کرد.

جریان سطحی یا Surface Leakage Current

در تاسیسات الکتریکی و جهت اتصال سیم و کابل به ادوات دیگر، مقداری از عایق آن ها برداشته می شود. در قسمت بدون پوشش از انواع سرسیم، کابلشو و غیره جهت ایجاد ارتباط الکتریکی استفاده خواهد شد. در محل برداشتن عایق یک جریان سطحی با عنوان Surface Leakage Current ایجاد می شود. این جریان از هادی شروع شده و روی سطح عایق ادامه پیدا می کند.

میزان جریان سرفیس به وضعیت سطح عایق بستگی دارد. در صورت خشک و تمیز بودن عایق، میزان جریان سطحی کم خواهد بود. رطوبت و آلودگی باعث افزایش جریان سطحی روی عایق شده و در نهایت تشکیل آرک می شود.

جریان کل یا Total Current

طبق تصویر، جریان کل حاصل از سه مولفه ی اصلی بوده و با نام Total Current تعریف می شود. جریان کل توسط یک میکرو آمپرمتر اندازه گیری شده و مقاومت عایقی بر اساس آن مشخص خواهد شد. به عبارت دیگر با مشخص بودن ولتاژ و جریان کل، مقدار مقاومت توسط میگر محاسبه می گردد. از آنجایی که مقدار جریان به مقدار زمان اعمال ولتاژ بستگی دارد، از قانون اهم تنها در زمان مشخصی می توان برای محاسبه ی مقاومت عایقی استفاده کرد. توصیه می شود تا قبل از قرائت مقدار مقاومت عایقی به اندازه کافی صبر کنید تا مولفه های جریان میرا شده یا به مقدار حداقل خود برسند. در عمل شما توسط میگر، مقدار مقاومت ظاهری را اندازه گیری می‌کنید. این مقاومت دقیقا برای تشخیص مشکلات عایق بوده و چیزی است که به دنبال آن هستیم.

جمع بندی و نکات ایمنی

با شارژ شدن موضوع تحت تست، جریان خازنی به سرعت کاهش پیدا می کند. تجهیزات بزرگ با ظرفیت خازنی بیشتر به زمان طولانی تری برای شارژ کامل نیاز دارند. در نظر داشته باشید که این جریان باعث ذخیره شدن انرژی الکتریکی در موضوع تحت تست می شود. انرژی ذخیره شده در تجهیزات باید پس از تست، به صورت کامل تخلیه شود. تخلیه ی الکتریکی با اتصال کوتاه پایانه ها و اتصال زمین کردن آن ها صورت می گیرد.

جریان جذب با سرعت کمتری کاهش پیدا می کند. سرعت کاهش جریان جذب به نوع عایق بستگی دارد. این مولفه نیز باعث شارژ موضوع تحت تست شده و باید پس از اتمام اندازه گیری تخلیه گردد. کاهش این جریان در پروسه ی تست و پس از اعمال ولتاژ، معمولا به زمانی حدود چهار برابر زمان شارژ خازنی نیاز دارد. مقاومت عایقی قرائت شده وابسته به زمان است. در شروع، اولین چیزی که مشاهده می کنید ظرفیت خازنی است. در 1 دقیقه یا حدود آن، جریان جذب یا Absorption و پس از 10 دقیقه، مقدار قرائت شده به طور عمده مربوط به جریان نشتی است.

در یک عایق خوب، پس از اعمال ولتاژ و با گذشت زمان مقدار جریان هدایتی یا نشتی باید به نرخ ثابتی برسد. هرگونه افزایش جریان با گذشت زمان در پروسه ی تست، یک هشدار تلقی شده و باید بیشتر بررسی شود. با توجه به اهمیت زمان در اندازه گیری مقاومت عایقی، در ادامه سه روش معمول اندازه گیری مقاومت توسط میگر شرح داده می شود. این روش ها عبارتنداز:

• اندازه گیری کوتاه مدت یا نقطه ای
• اندازه گیری زمان-مقاومت
• اندازه گیری چند ولتاژی یا ولتاژ پله ای