Měření elektrických spotřebičů při revizích (3)

Měření elektrických spotřebičů při revizích (3)

Ing. Leoš Koupý, Illko s. r. o.

3. Měření izolačního odporu

Měřením izolačního odporu se ověřuje schopnost izolace elektrického zařízení zabránit průniku nebezpečného napětí na části přístupné dotyku nebo zabránit nežádoucímu toku proudu (zkratu) mezi částmi elektrického zařízení o různých napětích. Správná funkce izolací spotřebiče má tedy vliv nejen na bezpečnost elektrického zařízení, ale i na jeho funkci.

3.1 Měření izolačního odporu – požadavky ČSN
Izolační odpor se u elektrického ručního nářadí a ostatních spotřebičů spadajících do kategorií podle ČSN 33 1600 a ČSN 33 1610 i u strojů podle ČSN EN 60204-1 měří shodným způsobem, rozdíly jsou pouze ve vyhodnocení naměřených výsledků.

3.1.1 Schéma a popis zapojení
Na obr. 9 je schéma zapojení při měření izolačního odporu elektrických spotřebičů třídy I. Zdroj měřicího proudu se zapojí mezi spojené pracovní vodiče spotřebiče a přípojné místo ochranného vodiče PE k elektrické instalaci. V měřicím obvodu je zapojen ohmmetr, který vyhodnocuje izolační odpor.

U spotřebičů tř. II a III je druhý pól měřicího napětí připojen na hrot, kterým se obsluha dotkne vodivých částí spotřebiče přístupných dotyku (viz obr. 10).

Požadované parametry měřicího zdroje:
I ł 1 mA při U ł 500 V DC po dobu 5 až 10 s

Pozn.: Izolační odpory se měří stejnosměrným napětím minimálně 500 V (max. 750 V), přičemž zdroj měřicího napětí musí být natolik „tvrdý„, aby při průtoku proudem 1 mA po dobu 5 až 10 s nekleslo měřicí napětí pod 500 V.

Parametry měřicího zdroje jsou stanoveny v souladu s ČSN EN 61557-2 a jsou shodné s požadavky norem pro revize elektrických instalací. Pro toto měření tedy lze použít i jakýkoliv přístroj pro měření přechodového odporu v elektrických instalacích, který má požadované parametry.

Pozn.: Požadavku na „tvrdost„ zdroje neodpovídá spousta starších přístrojů pro měření izolací (např. PU 371, PU 311 nebo ZO 1). Lze se setkat i s novými přístroji, především od výrobců mimo Evropu, které také nevyhovují. Jestliže tedy výrobce či dovozce jednoznačně nedeklaruje shodu s ČSN EN 61557, doporučuje se měřicí zdroj si ověřit. Měřicí šňůry přístroje se připojí k odporu 500 k, ke kterému je připojen voltmetr s dostatečně velkým vnitřním odporem (nejméně 10 MΩ). Ukáže-li voltmetr po zapnutí měřiče izolací napětí na odporu hodnoty 500 k alespoň 500 V, teče obvodem proud větší než 1 mA. Zkoumaný měřič izolací tudíž odpovídá základnímu požadavku norem.

3.1.2 Vyhodnocení naměřených hodnot
Minimální povolené hodnoty izolačního odporu podle ČSN 33 1600 jsou stanoveny podle druhu izolace:

• 2 MΩ pro základní izolaci,
• 5 MΩ pro přídavnou izolaci,
• 7 MΩ pro zesílenou izolaci.

Dokonalé prověření izolačních vlastností ručního nářadí tedy vyžaduje znát konstrukci izolací a v případě nutnosti i spotřebič rozebrat, aby bylo možné jednotlivé izolace od sebe odlišit a změřit je. Posouzení izolace spotřebiče a způsob, kterým je třeba ke spotřebiči připojit měřicí přístroj, jsou uvedeny v normě.

Pro vyhodnocení měření izolačního odporu podle ČSN 33 1610 je určena tab. 3, jež je převzata z normy. Zde se jednotlivé druhy izolace z hlediska konstrukce již nerozlišují. Jediný problém při měření izolačního odporu podle této normy spočívá v rozhodnutí, zda lze toto měření uskutečnit nebo ne, jak je vysvětleno v kapitole 3.2.1.

Tab. 3. Minimální hodnoty izolačních odporů pro elektrické spotřebiče

Izolační odpor u strojů podle ČSN EN 60204-1 mezi vodiči silových obvodů a ochranným obvodem nesmí být menší než 1 MΩ. Pro určité části elektrického zařízení strojů (přípojnice, přípojnicové rozvody, sestavy sběracích kroužků) může být povolena nižší hodnota, ale nesmí být menší než 50 kΩ.

3.2 Problematika měření izolačního odporu

3.2.1 Měřit izolační odpor, nebo neměřit?
To je základní otázka, kterou je třeba zvážit, než se začne ověřovat kvalita izolací zkoušeného spotřebiče. Měření izolačního odporu patří k základním zkouškám, kterými se ověřuje elektrická bezpečnost spotřebiče. U velmi velké části moderních elektrických spotřebičů však není možné tuto metodu pro ověření stavu izolací použít.

Jedním z důvodů, proč nelze měřit izolační odpor, je přítomnost elektronických prvků ve spotřebiči, které by mohly být měřicím napětím 500 V zničeny. Uvedené prvky by mohly být poškozeny buď přímo měřicím napětím, krátkodobými vysokonapěťovými špičkami, které náhodně vzniknou při připojení či odpojení měřicího napětí na vnitřních indukčnostech spotřebiče, nebo i jinými, těžko zjistitelnými vlivy a jevy.

Izolační odpor nelze měřit také napětím 500 V DC, pokud spotřebič obsahuje přepěťové ochrany dimenzované na síťové napětí 230 V. Taková přepěťová ochrana pro měření představuje téměř zkrat. U spotřebiče je pak zjištěn velmi malý izolační odpor, přestože jeho izolace jsou v pořádku.

Panuje-li obava, zda lze ke spotřebiči připojit měřicí napětí 500 V DC, je možné – a někdy i žádoucí – alespoň orientačně otestovat stav izolací nižším napětím (100 nebo 250 V), které případnou poruchu izolace rovněž odhalí. Tuto zkoušku však není možné považovat za rovnocennou náhradu měření napětím 500 V DC.

Elektronika spotřebiče má na výsledky měření izolačního odporu jiný, daleko závažnější vliv. Tím je schopnost oddělit měřicí napětí od dalších živých částí spotřebiče.

Jako první příklad může být uveden spotřebič – stroj, jehož výkonové silové části jsou k napájecímu napětí připojovány elektronicky řízeným stykačem. Není-li stroj v činnosti (což při měření izolačního odporu zcela jistě není), jsou jeho výkonové části, např. motor, odděleny od síťového napájecího přívodu rozepnutými kontakty stykače, které lze sepnout jen při uvedení stroje do chodu pomocí startovacího tlačítka. To zase vylučuje možnost změřit izolační odpor.

Druhým příkladem může být spotřebič s elektronickým regulátorem (osvětlení, otáček apod.). Přestože je síťový vypínač spotřebiče sepnutý, stejnosměrné měřicí napětí se nedostane přes polovodičové prvky regulátoru. Je-li vadná izolace až za tímto regulátorem, nemusí být závada vůbec zjištěna.

Třetím příkladem je spotřebič, který elektrické prvky sice neobsahuje, ale jeho síťová část má proti vodivé, dotyku přístupné části natolik velkou kapacitu, že přes ni teče nezanedbatelný kapacitní proud i při síťovém kmitočtu 50 Hz. Tuto vlastnost elektrické části spotřebiče měřením izolačního odporu stejnosměrným proudem nelze zjistit.

Z uvedených příkladů je zřejmé, že není-li známa konstrukce elektrických částí spotřebiče a tak není možné posoudit jejich vliv na měření izolačního odporu, nelze jednoznačně říci, že změřením izolačního odporu s vyhovujícím výsledkem je prokázáno, že spotřebič je z elektrického hlediska pro obsluhu bezpečný. Proto je zcela namístě ustanovení ČSN 33 1610, které důrazně doporučuje (v novém návrhu změn v normě dokonce nařizuje) vykonat další měření pro ověření stavu izolací, a to měření unikajících a dotykových proudů.

3.2.2 Izolační odpory podle ČSN 33 1600 a ČSN EN 60204-1
Normy pro revize a kontroly elektrického ručního nářadí a pro revize strojů se nezabývají otázkami měření izolačních odporů a neberou v úvahu, že převážná část moderních spotřebičů obsahuje elektronické obvody. Pro ně tedy v plné míře platí to, co bylo uvedeno v předcházející kapitole. Norma pro stroje je alespoň natolik benevolentní, že měření izolačního odporu jednoznačně nepředepisuje, ale dává možnost použít pro ověření bezpečnosti spotřebiče i jiné vhodné, v normě neuvedené postupy. Proto lze doporučit, aby v případě, že není možné izolační odpor změřit z důvodů zmíněných v kapitole 3.2.1, byl i pro ruční nářadí a stroje použit postup měření podle ČSN 33 1610, tzn. měření unikajících proudů.

3.2.3 Izolační odpory u trojfázových spotřebičů
V příloze ČSN 33 1610 jsou uvedena doporučená schémata zapojení při měření izolačních odporů spotřebičů. Ze schémat je zřejmé, že při měření trojfázových spotřebičů s pohyblivým přívodem (odpojitelných od zdroje) je nutné měřit izolační odpor mezi spojenými pracovními vodiči a ochranným vodičem. Tento požadavek vyplývá ze skutečnosti, že celkový odpor izolací trojfázového spotřebiče je paralelní kombinací izolačních odporů pracovních vodičů, a je tedy menší než odpory jednotlivých pracovních vodičů proti ochrannému vodiči.

V praxi ovšem může splnění tohoto požadavku působit značné obtíže. Je tomu tak proto, že vzájemné propojení pracovních vodičů vyžaduje buď vlastní „domácí tvořivost„ při zhotovení přípravků zajišťujících zkratování pracovních vodičů při měření izolačního odporu trojfázových spotřebičů, nebo (a to je ještě méně vhodné) rozebrání trojfázové vidlice spotřebiče a provizorní propojení vodičů.

Sporné může být také měření pevně připojených spotřebičů za použití schématu uvedeného v příloze normy ČSN 33 1610. Podle něj se rozpojí neutrální vodič a jeden pól měřicího napětí se připojí na střed trojfázové zátěže (např. motoru) zapojené do hvězdy. Druhý pól měřicího napětí se připojí na neživé vodivé části spotřebiče. Aby byl tento způsob měření možný, musí být splněny tyto podmínky:

• výkonová část spotřebiče musí být zapojena do hvězdy (jinak není k dispozici neutrální vodič),

• trojfázová zátěž nesmí mít kapacitní charakter (asi neexistuje spotřebič, který má v jednotlivých fázích vřazeny kondenzátory, ale teoreticky to možné je),

• odpory jednotlivých částí zátěže musí být mnohem menší než mezní hodnota izolačního odporu povolená normou, neboť jejich odpory se při tomto postupu měření přičítají k izolačním odporům jednotlivých pracovních vodičů a opticky tak vylepšují naměřený výsledek. Navíc hrozí nebezpečí, že pokud bude zátěž v některé fázi přerušena, měřicí napětí přes tuto poruchu nepronikne a neodhalí případnou závadu izolace na tomto pracovním vodiči. Kromě toho nekonečně velký odpor způsobený např. přerušeným vinutím motoru značně vylepší celkový naměřený výsledek.

Jak se lze těmto potížím vyhnout, je uvedeno v kapitole 3.3.2, věnované měření v praxi.

3.3 Měření izolačního odporu v praxi
Při revizi elektrického spotřebiče je třeba se rozhodnout, zda je možné a má smysl měřit izolační odpor. V případě, že ano, je účelné stanovit postup měření. K tomu pomůže následující rozdělení spotřebičů.

Pro účel ověření spojitosti ochranného obvodu lze spotřebiče rozdělit podle způsobu připojení k napájecímu zdroji (elektrické síti) na spotřebiče:

• s pohyblivým přívodem zakončeným jednofázovou vidlicí,
• s pohyblivým přívodem zakončeným čtyřvodičovou trojfázovou vidlicí,
  s pohyblivým přívodem zakončeným pětivodičovou trojfázovou vidlicí,
• pevně připojené.

Podle konstrukce vodivých částí přístupných dotyku je lze rozdělit na:

• části spojené s ochranným vodičem (u spotřebičů třídy I),
• části nespojené s ochranným vodičem (u spotřebičů třídy I, II a III).

3.3.1 Spotřebiče s pohyblivým přívodem zakončeným jednofázovou vidlicí
Na obr. 11 je příklad měření spotřebiče tř. I – automatické pračky. Ta má na horním plastovém krytu kovovou mřížku nespojenou s ochranným vodičem.

Vidlice napájecího přívodu se zasune do měřicí zásuvky přístroje, zvolí se funkce měření izolačního odporu, zapne se síťový vypínač měřeného spotřebiče a změří se izolační odpor. Je-li k měření použit přístroj určený speciálně pro revize spotřebičů, je propojení pracovních vodičů spotřebiče již zajištěno v měřicím přístroji.

Jestliže spotřebič obsahuje vodivé části přístupné dotyku nespojené s ochranným vodičem, je nutné změřit i jejich izolační odpor měřicím hrotem. Izolační odpor těchto částí se přičte k původně měřenému odporu jako jejich paralelní kombinace. Znamená to, že výsledný naměřený odpor bude menší než izolační odpor mezi pracovními a ochranným vodičem. Tento výsledný izolační odpor je rozhodující pro stanovení bezpečnosti izolací spotřebiče.

Měření izolačního odporu spotřebičů tř. II je znázorněno na obr. 12. Vidlice napájecího přívodu je zasunuta v měřicí zásuvce přístroje a obsluha přístroje se hrotem měřicí šňůry dotýká vodivých částí spotřebiče přístupných dotyku. Síťový vypínač spotřebiče musí být při měření zapnutý.

3.3.2 Spotřebiče s pohyblivým přívodem zakončeným trojfázovou vidlicí
Při měření izolačního odporu trojfázových spotřebičů podle ČSN 33 1610 je největším problémem propojení pracovních vodičů při měření. Sériově vyráběné přípravky pro tento účel zřejmě neexistují a podomácku vytvořené pomůcky nemusí být bezpečné. Proto se ani nedoporučují. Jsou tedy dvě možnosti, jak tuto situaci vyřešit.

První možností je izolační odpor neměřit a měření nahradit měřením proudu ochranným vodičem. Norma ČSN 33 1610 tento postup připouští pro případy, kdy měření izolačního odporu technicky není možné, normy pro ruční nářadí a pro stroje postupy pro měření izolačního odporu trojfázových spotřebičů blíže nespecifikují.

Druhou možností je zvlášť změřit izolační odpor každého pracovního vodiče proti ochrannému vodiči (obr. 13), a to při zapnutém síťovém vypínači spotřebiče. Pro vyhodnocení spotřebiče z hlediska jeho elektrické bezpečnosti je třeba použít nejnižší z naměřených izolačních odporů. Tento postup lze uplatnit u spotřebičů, jejichž síťová část je tvořena (pro stejnosměrný proud) činnou zátěží s odporem o několik řádů menším, než je jeho předpokládaný izolační odpor (jako např. spotřebiče, které obsahují trojfázový motor bez další elektroniky). Není-li si uživatel konstrukcí síťové části spotřebiče jist, je rozhodně nutné doplnit revizi spotřebiče o měření unikajícího proudu nebo zmíněným měřením měření izolačního odporu zcela nahradit.

Pozn.: Za pozornost stojí ještě jedna vlastnost trojfázových spotřebičů: obsahují-li tyto spotřebiče pouze (pro stejnosměrný měřicí proud) odporovou zátěž (např. motor se třemi vinutími), je obvykle odpor této zátěže značně menší než odpor izolací mezi pracovními a ochranným vodičem. Vyskytne-li se závada na izolaci jednoho pracovního vodiče, projeví se jako zmenšení izolačního odporu všech pracovních vodičů. Rozdíl v naměřených hodnotách izolačního odporu jednotlivých pracovních vodičů by teoreticky měl být roven odporu zátěží jednotlivých fází (např. odporu jednotlivých vinutí motoru). To již pravděpodobně bude mimo rozlišovací schopnost měřicího přístroje. Je-li tedy naměřen nevyhovující izolační odpor u všech pracovních vodičů spotřebiče, neznamená to ještě, že každý z nich má závadu na izolaci.

3.3.3 Pevně připojené jednofázové spotřebiče
Také u pevně připojených spotřebičů je třeba při měření zajistit propojení (zkratování) pracovních vodičů. U jednofázových spotřebičů to lze udělat jejich odpojením ze svorkovnice napájení a vzájemným zkratováním konců pracovních vodičů, anebo (což se jeví jako praktičtější) vypnutím přívodu elektrického proudu spotřebiče v rozváděči (síťový vypínač na spotřebiči naopak musí být při měření zapnutý). Potom se měří izolační odpor každého pracovního vodiče proti ochrannému vodiči zvlášť, podobně jako je to pro trojfázové spotřebiče znázorněno na obr. 14.

3.3.4 Pevně připojené trojfázové spotřebiče
Přestože v příloze ČSN 33 1610 je uvedeno schéma zapojení pro měření pevně připojených trojfázových spotřebičů, není jeho použití nejvhodnější. Vedou k tomu důvody zmíněné v kapitole 3.2.3.

Proto i pro tyto spotřebiče je jednodušší změřit izolační odpory jednotlivých pracovních vodičů zvlášť, jak je uvedeno na obr. 14, a spotřebič vyhodnotit podle nejmenšího naměřeného odporu.

Také v tomto případě je podmínkou úspěšného měření izolačního odporu spotřebiče konstrukce jeho síťové části, jak je popsaná v kapitole 3.3.2.

Důležité je, před započetím měření nejprve vypnout přívod elektrické energie hlavním vypínačem nebo jističem v rozváděči a potom zapnout síťový vypínač na spotřebiči.

3.3.5 Prodlužovací jednofázové přívody
Při měření izolačního odporu prodlužovacích jednofázových přívodů lze postupovat stejným způsobem jako při měření spotřebičů (viz kap. 3.3.1). Přestože prodlužovací přívod není spotřebičem v pravém slova smyslu, neboť při svém provozu nespotřebovává elektrickou energii, lze u něj po připojení k síťovému napětí měřit i proud protékající ochranným vodičem nebo izolační odpor mezi ochranným vodičem a spojenými pracovními vodiči.

Jde-li o běžnou „prodlužovačku„, je situace navíc zjednodušena tím, že zcela jistě neobsahuje elektroniku. Odpadá tedy zvažování, zda izolační odpor měřit nebo ne. Pozor však na prodlužovací přívody se zabudovanými přepěťovými ochranami! Přepěťové ochrany jsou obvykle dimenzovány na 230 V a měřicím napětím 500 V nelze izolační odpor změřit. Zde je jedinou možností ověřit stav izolací měřením proudu ochranným vodičem.

Pozn.: Vhodné je ověřit i izolační odpor mezi jednotlivými pracovními vodiči. Jeho dostatečná velikost sice nemá vliv na elektrickou bezpečnost, ale na funkčnost prodlužovacího přívodu. A ověření funkce spotřebiče (zkouška chodu) je nedílnou součástí jeho kontroly nebo revize.

3.3.6 Prodlužovací trojfázové přívody
U trojfázových prodlužovacích přívodů, které nelze zapojit do měřicí zásuvky přístroje, je situace komplikována skutečností, že je nutné zajistit zkratování pracovních vodičů při měření. U „prodlužovačky„ není propojení pracovních vodičů zajištěno přes malé odpory síťové zátěže (např. motoru) tak jako u spotřebiče. Prostým měřením izolačního odporu každého pracovního vodiče proti vodiči PE se zjistí odlišné výsledky než měřením při zkratovaných pracovních vodičích. Celkový izolační odpor prodlužovacího přívodu je totiž tvořen paralelní kombinací odporů pracovních vodičů. Ta je mnohem menší než jednotlivé odpory.

Propojení pracovních vodičů trojfázové zásuvky je komplikovanou záležitostí, a proto se navrhuje tento pracovní postup:

Změří se izolační odpor každého pracovního vodiče proti ochrannému vodiči zvlášť (obr. 15) a výsledný izolační odpor se vypočítá ze vztahu pro paralelní kombinaci odporů jednotlivých pracovních vodičů:

nebo po úpravě vzorce:

kde R_ISO je celkový izolační odpor spotřebiče, R_L1 až R_N izolační odpory jednotlivých pracovních vodičů proti vodiči PE.

Měřicí rozsah pro měření izolačního odporu většiny měřicích přístrojů pro revize spotřebičů je do 20 MΩ (max. zobrazitelná hodnota je 19,99 MΩ; je-li izolace prodlužovacího přívodu v pořádku, jejich izolační odpor tuto hodnotu mnohonásobně překračuje. Změří-li se tedy izolační odpor každého pracovního vodiče proti ochrannému vodiči zvlášť a naměřené hodnoty jsou ve všech případech větší než 20 MΩ, je výsledný odpor paralelní kombinací všech pracovních vodičů proti ochrannému vodiči větší než 5 MΩ pro pětivodičový a 6,67 MΩ pro čtyřvodičový prodlužovací přívod. Uvedené výsledky jsou podle ČSN 33 1610 vyhovující.

U trojfázového prodlužovacího přívodu, který má izolaci v pořádku, lze tedy pracné a mnohdy technicky neproveditelné spojování pracovních vodičů nahradit změřením izolačního odporu každého pracovního vodiče zvlášť a zápisem do revizní zprávy, že jeho izolační odpor je > 5MΩ nebo > 6,67 MΩ. Není-li některý z naměřených izolačních odporů dostatečně velký (je menší než 20 MΩ), nezbývá, než výsledný izolační odpor prodlužovacího přívodu spočítat podle již uvedeného vzorce. Lze ovšem předpokládat, že izolace takového pracovního vodiče s nižším izolačním odporem nebude i v případě „ještě vyhovujícího„ výsledku zcela v pořádku.

I pro trojfázové prodlužovací přívody platí, že nelze měřit jejich izolační odpor, obsahují-li přepěťovou ochranu (měření izolačního odporu je možné nahradit měřením unikajícího proudu) a že je vhodné ověřit i izolační odpory mezi jednotlivými pracovními vodiči.

3.4 Shrnutí
Měření izolačního odporu je jednou z nejproblematičtějších částí revize spotřebiče. Hlavním důvodem je obtížnost rozhodnutí, zda izolační odpor měřit či neměřit (viz kap. 3.2.1). Naprostá většina moderních spotřebičů v současné době obsahuje nejrůznější elektronické prvky, jejichž konstrukce bývá pro osobu kontrolující spotřebič neznámá. Proto se ve stále větší míře uplatňuje prověřování kvality izolací měřením unikajících proudů.

Nejpodrobněji se měřením izolačního odporu zabývá norma ČSN 33 1610. Ovšem doporučená schémata zapojení pro měření trojfázových spotřebičů, která obsahuje příloha C této normy, jsou v praxi obtížně realizovatelná. Alternativní postupy měření jsou navrženy v kapitolách 3.3.2 až 3.3.6.

Obecné zásady, které je nutné dodržovat při měření izolačního odporu jakéhokoliv spotřebiče, jsou tyto:

1. Před započetím měření je třeba rozhodnout, zda lze, a zda vůbec má smysl měřit izolační odpor spotřebiče.

2. Spotřebič musí být při měření odpojen od napájecího napětí (na odpojení napájecího napětí je třeba pamatovat především u pevně připojených spotřebičů).

3. Síťový vypínač spotřebiče musí být při měření vždy sepnut.

4. Jeden pól měřicího napětí se připojuje na ochranný vodič (tř. I) nebo na vodivé části spotřebiče přístupné dotyku a druhý pól se připojí na propojené pracovní vodiče. Je také možné, s vědomím určité zanedbatelné chyby měření, změřit každý pracovní vodič zvlášť a celkový izolační odpor vyhodnotit podle nejmenšího naměřeného odporu.

(pokračování)