Masurarea rezistentei de izolatie la materialele electroizolante solide

Masurarea rezistentei de izolatie si determinarea rezistivitatilor de volum si de suprafata la

materialele electroizolante solide

^{1. Generalitati}

^{La introducerea unui dielectric intr-un camp electric apar simultan fenomenul de polarizare si fenomenul de conductie, datorita faptului ca nu exista dielectrici tehnici perfecti. Aceste fenomene genereaza:}

^{un curent de absorbtie numit si curent de sarcina reziduala, datorat polarizarii ionice (termoionice, interfaciala etc.) intr-un dielectric imperfect; acest curent are o valoare mare in primul moment, dar se amortizeaza (in cazul unui camp continuu) treptat dupa cateva secunde pana la cateva ore;}

^{un curent de conductie, care depinde de starea izolatiei si de valoarea tensiunii aplicate; acest curent este practic constant;}

^{un curent capacitiv, de deplasare, necesar incarcarii capacitatii elementului incercat; acest curent are o valoare mare in primul moment si scade foarte rapid pana la zero.}

La introducerea in camp electric, dielectricul va opune o rezistenta mare dar finita. De fapt, ceea ce se masoara (la determinarea rezistentei de izolatie) este suma curentului de conductie cu o fractiune din curentul de absorbtie, fractiune care depinde de timpul scurs de la aplicarea tensiunii pana la momentul masurarii (cand curentul capacitiv este deja amorsat).

^{De aceea, masurarea rezistentei de izolatie se face dupa un anumit timp de la aplicarea tensiunii; in practica masurarea - de fapt citirea aparatului indicator - se face la 15s, 60s si uneori 10min de la aplicarea tensiunii.}

^{Rezistenta de izolatie (Riz) este raportul dintre tensiunea continua aplicata intre doi electrozi in contact cu dielectricul si curentul global care strabate acest dielectric. Se masoara in [W}

^{Rezistenta de volum (Rv) este raportul dintre tensiunea continua aplicata intre doi electrozi care sunt in contact cu fetele opuse ale unei epruvete si curentul intre acesti electrozi, excluzand curentul de suprafata si neglijand eventualele fenomene de polarizare pe electrozi.}

^{Rezistivitatea de volum (rv) este raportul dintre gradientul de potential si densitatea curentului care strabate materialul. Ea corespunde unei rezistente de volum a unei epruvete cubice cu latura de 1m. Se masoara in [Wm].}

^{Rezistenta de suprafata (Rs) este raportul dintre tensiunea continua aplicata intre doi electrozi de pe suprefata unei epruvete si curentul intre acesti electrozi, neglijand eventualele fenomene de polarizare de pe electrozi.}

^{Rezistivitatea de suprafata (rs) este raportul dintre gradientul de potential pe suprafata si curentul pe unitatea de latime. Ea corespunde unei rezistente de suprafata dintre doi electrozi care formeaza laturile opuse ale unui patrat cu latura de 1m. Se masoara in [W}

^{2. Scopul lucrarii}

^{Prametrii determinati in aceasta lucrare de laborator servesc la: controlul omogenitatii unui material izolant, studiul influentei umiditatii, temperaturii si descoperirii impuritatilor care influenteaza calitatea materialului si care, in general, nu se pot descoperi prin alte metode.}

^{3. Problemele de studiat}

Se vor masura rezistentele de volum si de suprafata ale unor mostre de materiale electroizolante sub forma de placi si tuburi, determinandu-se apoi rezistivitatile respective.

^{Se va masura rezistenta de izolatie totala, pe epruvete paralelipipedice, cu electrozi conici.}

^{Se va masura rezistenta de izolatie pe 1m de cablu, determinandu-se apoi rezistenta de izolatie pentru 1km de cablu si constanta de rezistenta a izolatiei.}

^{Pentru toate cazurile conditionarea mostrelor se va face conform    STAS 8383-74.}

^{4. Metode pentru masurarea rezistentei de izolatie}

^{Masurarea rezistentei de izolatie este cel mai simplu si mai raspandit mijloc de apreciere a izolatiei. Aceasta masuratoare se poate face fie pe mostre de izolatie, numite epruvete, fie pe ansamblul izolant din cadrul unui echipament electric. Epruvetele trebuie sa aiba o forma simpla: placi sau discuri cu fete paralele, cilindri sau tuburi cilindrice.}

^{In principiu, metodele de masurare a rezistentei de izolatie constau in realizarea unor circuite electrice in care este inclusa si rezistenta de izolatie; in acest circuit se masoara direct sau se compara marimile electrice, tensiunea si curentul.}

^{5. Descrierea schemei de masurare}

^{Pentru efectuarea determinarilor de la punctul 3.1 se vor folosi schemele din figurile 2.1 si 2.2, in care:}

^{1 - electrod protejat;}

^{2 - electrod neprotejat;}

^{3 - electrod de garda;}

^{4 - epruveta.}

^{Dispozitivul de masurare poate fi un TERALOG, un MEGOHMMETRU etc (functie de aparatura din dotarea laboratorului).}

6. Modul de lucru

Epruvetele realizate din materialul de incercat se introduc intre electrozii 1, 2 si 3 (fig 2.1 si fig 2.2).

^{Electrodul 3, numit electrod de garda, are rolul de a corecta sau inlatura erorile datorate aparitiei curentilor de fuga (cauzati de tensiunile parazite) si de a evita suntarea nedorita a rezistentei epruvetei, a rezistentei de referinta sau a dispozitivului de masurare, datorita unor izolatii cu rezistente a caror valoare nu este cunoscuta si nici nu este stabilita.}

^{6.1. Masurarea rezistentei de volum si de suprafata si determinarea rezistivitatilor respective, pe epruvete sub forma de placi si tuburi}

^{Dimensiunile epruvetelor}

^{Epruvetele vor avea urmatoarele dimensiuni:}

^{pentru placi: 120 mm x 120 mm x grosimea;}

^{pentru tuburi: 100 mm x diametrul.}

^{. Dispunerea electrozilor pe epruvete}

^{Dispunerea electrozilor pe epruvete se face conform figurilor 2.3 si 2.4.}

^{Pozitiile 1, 2, 3 si 4, din aceste ultime doua figuri, au aceleasi semnificatii ca si in figurile 2.1 si 2.2.}

^{Masurarea rezistentelor}

^{Inainte de realizarea conexiunilor la dispozitivul de masurare, trebuie facuta calibrarea dispozitivului de masurare conform instructiunilor existente in laborator pentru fiecare aparat.}

^{Dupa aceste reglaje, se conecteaza electrozii la bornele dispozitivului prin intermediul unor cabluri ecranate. Tensiunile de masurare pot varia in functie de dispozitivul utilizat, dar ele trebuie astfel alese incat deviatia la indicatorul dispozitivului sa fie lizibila.}

^{Se recomanda ca citirea informatiei sa se faca dupa stabilizare (cca 1 min).}

^{Valoarea rezistentei masurate, Rx, va fi citita la indicatorul dispozitivului de masurare utilizat.}

^{Rx poate fi rezistenta de volum sau de suprafata, dupa cum schema utilizata este cea din figura 2.1, respectiv 2.2.}

^{6.1.4. Calculul rezistivitatilor}

^{6.1.4.1. Calculul rezistivitatii de volum}

^{rv = (Rv A) / d [Wm] (2.1)}

^unde:

^{Rv - rezistenta de volum, determinata conform punctului 6.1.3;}

^{A - suprafata efectiva a electrodului protejat, in m2, calculata cu formulele:}

^{A = p ( d1 + g )2/4 ( pentru electrozi circulari, fig.2.3) (2.2)}

^{A = p (d0 - d) (l1 + g) ( pentru electrozi tubulari, fig. 2.4) (2.3)}

^{in care d1, g, d0, d si l1 corespund figurilor 2.3 si 2.4, iar d este grosimea medie a epruvetei, in [m].}

^{6.1.4.2. Calculul rezistivitatii de suprafata}

^{rs = (Rs p ) / g [W (2.4)}

^unde:

^{Rs - rezistenta de suprafata, in [W] (determinata conform punctului 6.1.3);}

^{p - perimetrul efectiv al electrodului protejat, in [m], calculat cu formulele:}

^{p =p (d1 + g) (pentru electrozi circulari, fig.2.3) (2.5)}

^{p = 2pd0 (pentru electrozi tubulari, fig. 2.4) (2.6)}

^{g - distanta intre electrozi, in [m].}

^{6.1.5. Tabel de date}

^{Rezultatele activitatilor de la punctul 6.1 se vor trece in tabelul 2.1.}

^{Tabelul 2.1. Valorile marimilor masurate sau calculate (conform paragrafului 6.1)}

^{6.2. Masurarea rezistentei totale de izolatie pe epruvete paralelipipedice, cu electrozi conici}

^{6.2.1. Dimensiunile epruvetelor:}

^{Dimensiunile epruvetelor in forma de placi sunt:}

^{75 mm x 50 mm x grosimea.}

^{6.2.2. Dispunerea electrozilor, in forma de tije conice, pe epruvete}

^{Aceasta dispunere este conform figurii 2.5.}

^{. Masurarea rezistentei de izolatie}

^{Se masoara rezistenta de izolatie conform punctului 6.1.3, dispunerea electrozilor fiind conform figurii 2.5, iar cele doua legaturi ale dispozitivului de masurare fiind conectate la cei doi electrozi in forma de tije conice. Valoarea rezistentei, Rx, va fi cea indicata de aparatul indicator al dispozitivului de masurare. Rezultatul se va exprima in [W}

^{6.3. Masurarea rezistentei de izolatie si determinarea rezistivitatii, la cabluri}

^{6.3.1. Masurarea rezistentei de izolatie}

^{Se masoara rezistenta de izolatie de volum, Rv, conform punctului 6.1.3, utilizand schema din figura 2.1.}

^{Valoarea rezistentei Rv va fi cea indicata de aparatul indicator al dispozitivului de masurare. Rezultatul obtinut in [W] se va transforma in [MW}

^{6.3.2. Formulele de calcul.}

^{6.3.2.1. Calculul rezistentei de izolatie pe kilometru de cablu}

^{RizKm = Rv [MWKm] (2.7)}

^unde:

^{Rv - rezistenta de izolatie de volum, masurata conform punctului 6.3.1 si exprimata in [MW}

^{l - lungimea epruvetei, in [m].}

^{6.3.2.2. Calculul rezistivitatii de volum}

^{rv = (2p l Rv ) / ln ( D / d ) in [MWm] (2.8)}

^unde:

^{l - lungimea epruvetei in [m];}

^{Rv - rezistenta de volum in [MW}

^{D si d - diametrele exterior respectiv interior, ale izolatiei cablului, in [mm].}

^{6.3.2.3. Calculul constantei de rezistenta a izolatiei}

^{K = RizKm / ln ( D / d ) in [MWKm] (2.9)}

^{O izolatie este calitativ mai buna, daca K este mai mic si invers.}

^{6.3.3. Tabel de date}

^{Rezultatele activitatilor de la punctul 6.3 se vor trece in tabelul 2.2.}

Tabelul 2.2. Valorile marimilor masurate sau calculate (conform paragrafului 6.3)

^{7. Masuri de protectia muncii specifice lucrarii}

^{Este obligatorie conectarea bornei de masa a dispozitivului de masurare la pamantarea laboratorului (daca aceasta borna exista).}

^{La esantioanele care se masoara si au capacitate mare, este obligatorie descarcarea acestora, prin scurtcircuitarea bornelor cu un cablu izolat, dupa executarea masurarilor.}