L'isolamento è progettato per sopportare le sollecitazioni previste durante la sua vita utile, ma occorre tenere presente che l'isolamento elettrico si degrada con il tempo e che sollecitazioni anomale possono accelerare questo processo naturale, riducendone la durata. Per questo è importante eseguire prove periodiche, in modo da rilevare un invecchiamento accelerato, individuarne la causa e definire gli interventi correttivi.
Il degrado dell'isolamento è dovuto a 5 cause che interagiscono fra loro: la sollecitazione elettrica (per sovratensioni o sottotensioni, che portano a fessurazioni o delaminazioni), quella meccanica (urti, avviamenti e arresti frequenti, vibrazioni,..), l'attacco chimico (per vapori corrosivi, sporcizia o olio), lo stress termico (condizioni di calore o di freddo eccessivo) e l'inquinamento ambientale (umidità, fori causati da rodenti,..)
Con tensioni di 500 o 1000 V si eseguono prove puntuali, per sapere semplicemente se l'isolamento è in buone condizioni; a tensioni superiori a 1 kV si applica invece un'altra metodologia, con una tensione sempre stabile su tutto il campo di resistenza e una sensibilità migliorata.
Nel programma di manutenzione preventiva le prove diagnostiche dell'isolamento sono essenziali per prevedere e prevenire i cedimenti delle apparecchiature elettriche. L'impiego di questi strumenti non riguarda soltanto le apparecchiature invecchiate: consente di collocare con precisione l'oggetto in prova in qualsiasi punto della sua curva di invecchiamento.
Come si misura la resistenza di isolamento?
I misuratori di isolamento Amperis sono ohmmetri per campi di resistenza elevati, con generatore in corrente continua integrato: strumenti portatili che forniscono la lettura diretta della resistenza di isolamento. Con un isolamento in buone condizioni la resistenza si colloca nell'ordine dei megaohm o oltre.
Applicando una tensione di prova a una porzione di isolamento, misurando la corrente che ne risulta e applicando la legge di Ohm (R = E / I), è possibile calcolare la resistenza di isolamento; quando però circola più di una corrente, l'analisi si complica. Occorre tenere conto della corrente di carica capacitiva (corrente elevata e di breve durata), della corrente di assorbimento o di polarizzazione (composta da 3 componenti che decadono a zero nell'arco di alcuni minuti), della corrente di dispersione superficiale (dovuta a umidità o a contaminazione salina della superficie dell'isolamento) e della corrente di conduzione (stabile, attraverso l'isolamento). La corrente totale è la somma di queste componenti ed è ciò che i misuratori di isolamento Amperis misurano.
Il primo passo di qualsiasi prova di isolamento consiste nell'accertarsi che l'isolamento sia completamente scarico.
Nell'esecuzione delle prove di isolamento, quanto più l'operatore conosce i risultati (durante e dopo la prova), tanto migliore sarà la sua decisione su come attuare un'eventuale soluzione del problema. Le apparecchiature Amperis sono impiegate per misurare la resistenza di isolamento: in un cavo di potenza schermato, negli isolatori di un interruttore o negli isolatori passanti, in un trasformatore di potenza, in un generatore in corrente alternata ...
Il grafico di carico, che indica l'andamento della tensione di uscita in funzione della resistenza di carico, permette di verificare che al campo di resistenza di interesse venga applicata una tensione adeguata. I misuratori di isolamento Amperis sono ohmmetri per campi di resistenza elevati, con generatore in corrente continua integrato, che forniscono la lettura diretta della resistenza di isolamento. Con un isolamento in buone condizioni la resistenza si colloca nell'ordine dei megaohm o oltre. La tensione è mantenuta al livello di resistenza corrispondente a un isolamento in buone condizioni. Un tempo di salita rapido garantisce una misura efficace.
Morsetto di guardia
Il morsetto di guardia deve avere buone prestazioni (capacità di eliminare in modo efficace gli effetti delle dispersioni superficiali o indesiderate) ed essere adeguatamente protetto (contro l'applicazione accidentale di tensione o i transitori, secondo la IEC 61010); per questo motivo costituisce una parte importante di uno strumento per prove di isolamento > 1 kV.
Le apparecchiature offerte da Amperis comprendono un morsetto di guardia, che consente di ottenere l'intero spettro delle informazioni ricavabili dalle prove di isolamento. Da qui l'importanza del morsetto di guardia: tanto migliori sono le sue prestazioni, tanto maggiore è la precisione della misura di resistenza di isolamento. Occorre ricordare che una manutenzione preventiva efficace, tale da consentire il rilevamento precoce dei guasti, dipende dai risultati delle prove. In questo modo l'utilizzatore può individuare rapidamente la presenza di una dispersione superficiale e la sua entità: è sufficiente eseguire 2 prove, una con il morsetto di guardia e una senza.
L'esecuzione di prove di isolamento in alta tensione è uno strumento essenziale per la diagnosi dei guasti e per il monitoraggio delle condizioni: l'uso del morsetto di guardia non deve quindi compromettere la precisione dello strumento, dal momento che l'apparecchiatura deve erogare non solo la corrente necessaria alla prova di isolamento, ma anche la corrente deviata che attraversa il morsetto di guardia.
Nell'immagine è raffigurato il misuratore di resistenza di isolamento AMIC-5010, una delle apparecchiature più apprezzate dai nostri clienti.
Misuratore di resistenza di isolamento AMIC-5010
Analisi dei risultati
Una delle caratteristiche più importanti di uno strumento per prove di isolamento è il campo di misura che è in grado di coprire.
L'informazione rilevante è l'andamento delle letture nel tempo, che evidenzia una riduzione della resistenza e segnala problemi futuri.
- Con un isolamento in buone condizioni la corrente di dispersione o di conduzione è debole e la misura è fortemente influenzata dalle correnti di carica capacitiva e di assorbimento dielettrico. Il valore di resistenza di isolamento aumenta durante il tempo di applicazione della tensione di prova, poiché queste correnti transitorie si riducono.
- Con un isolamento in condizioni non corrette (degradato, sporco e umido) la corrente di dispersione è costante e molto elevata e supera le correnti di carica capacitiva e di assorbimento dielettrico; in questo caso la misura di resistenza di isolamento raggiunge quindi molto rapidamente un livello costante e stabile.
Esaminando quindi le variazioni del valore di isolamento in funzione della durata di applicazione della tensione di prova, si determina la qualità dell'isolamento. Nell'ambito del programma di manutenzione preventiva si raccomanda di conservare la registrazione delle verifiche periodiche.
La misura della resistenza di isolamento si basa sulla legge di Ohm. Applicando una tensione continua di valore noto (inferiore alla tensione della prova dielettrica) e misurando poi la corrente che circola, la resistenza si determina con facilità. La resistenza dell'isolamento ha un valore molto elevato: misurando la debole corrente circolante, il megaohmmetro indica quindi il valore della resistenza di isolamento. Tale resistenza esprime la qualità dell'isolamento e i possibili rischi di circolazione di correnti di dispersione, e il suo valore può essere influenzato dalla temperatura e dall'umidità (questi 2 fattori fanno variare il valore della resistenza di isolamento; l'ideale è eseguire le misure a una temperatura di riferimento superiore al punto di rugiada, altrimenti il risultato risulterebbe influenzato dall'umidità).
La corrente che circola nel corpo dell'isolante è la somma di 3 componenti:
- Corrente di carica capacitiva: corrente transitoria corrispondente alla capacità dell'isolamento in prova, elevata all'inizio e trascurabile quando il circuito in prova è carico elettricamente.
- Corrente di assorbimento: apporto di energia necessario a riorientare le molecole dell'isolante, decresce molto più lentamente.
- Corrente di dispersione o di conduzione: è la corrente che indica la qualità dell'isolamento ed è stabile nel tempo.
La corrente totale che attraversa l'isolamento in prova varia nel tempo.
Prove diagnostiche dell'isolamento
- Misura puntuale o di breve durata: è il metodo più semplice. La tensione di prova viene applicata per meno di 1 minuto e in quell'istante si annota il valore della resistenza di isolamento. È fortemente influenzata da temperatura e umidità. Con questo metodo si analizza l'andamento nel tempo, più rappresentativo dell'evoluzione delle caratteristiche di isolamento dell'impianto e delle apparecchiature, giungendo a una diagnosi corretta e potendo confrontare la lettura con i valori minimi specificati per l'impianto.
- Metodi basati sull'influenza del tempo di applicazione della tensione di prova: prova diagnostica che prevede letture successive a intervalli definiti, per confrontare la curva di un isolamento integro con quella di un isolamento contaminato (con influenza pressoché nulla della temperatura). Sono raccomandati per la manutenzione preventiva delle macchine rotanti e per il controllo dei loro isolamenti.
- Indice di polarizzazione: consiste nell'eseguire 2 letture, a 1 e a 10 minuti. Dividendo la resistenza di isolamento a 10 minuti per quella a 1 minuto si ottiene l'indice di polarizzazione. La raccomandazione IEEE 43-2000 «Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery» stabilisce che un indice IP superiore a 4 è segno di un isolamento in buone condizioni, mentre un indice inferiore a 2 indica un problema.
- Rapporto di assorbimento dielettrico (DAR): è analogo all'IP, ma si ottiene dividendo la resistenza di isolamento a 60 secondi per quella a 30 secondi. Se il DAR è superiore a 1,6 le condizioni dell'isolamento sono eccellenti; se è inferiore a 1,25 sono insufficienti.
- Metodo basato sull'influenza della variazione della tensione di prova (misura a gradini): le misure basate sul tempo (come l'IP e il DAR appena descritti) possono rivelare la presenza di contaminanti (polvere, sporcizia) o di umidità sulla superficie degli isolanti. La prova a gradini si esegue suddividendo in 5 gradini uguali la tensione massima applicata; i risultati sono indipendenti dal tipo di isolamento e dalla temperatura.
- Metodo della prova di scarica (DD): la prova della corrente di riassorbimento si esegue misurando la corrente durante la scarica del dielettrico dell'apparecchiatura in prova. Il valore si calcola dividendo la corrente per il prodotto della tensione di prova e della capacità complessiva. Se il valore DD è superiore a 7 la qualità dell'isolamento è scadente; se è inferiore a 2 è buona. Questo metodo dipende dalla temperatura.
I misuratori di isolamento Amperis soddisfano le raccomandazioni per le prove descritte nelle norme IEEE
Maggiori informazioni:
Misuratori di resistenza di isolamento