Pomiar rezystancji izolacji

Czym jest pomiar rezystancji izolacji i czym się różni od zwykłego pomiaru rezystancji? Dlaczego te pomiary są istotne podczas wykonywania przeglądów i jak je wykonywać prawidłowo?

Rezystancja a przewodność

Zapewne większość czytelników tego artykułu nie jest inżynierami elektrykami, więc w pierwszym akapicie wyjaśnię czym w ogóle jest rezystancja. Najprościej ujmując, rezystancja jest matematyczną odwrotnością przewodności. Mówiąc inaczej, większa rezystancja to gorsza przewodność, czyli rzecz o większej rezystancji gorzej przewodzi prąd.

Wartość rezystancji izolacji ma dwojaki wpływ na bezpieczeństwo instalacji i urządzeń elektrycznych. Przy zbyt niskiej wartości najbardziej oczywistym zagrożeniem jest porażenie prądem. Drugim zagrożeniem jest ryzyko powstania pożaru.

Gdy rezystancja jest bardzo niska to, jak już wspomniałem, dany przedmiot dobrze przewodzi prąd elektryczny. Przykładowo, gdy dotyczy to izolacji przedłużacza, to dotknięcie ręką niewidocznego uszkodzenia izolacji może skończyć się bardzo źle.

Ciągłość przewodu ochronnego

Bardzo podobny sposób porażenia prądem zachodzi, gdy uszkodzona jest izolacja między żyłami przewodu np. w ścianie i równocześnie przed tym miejscem uszkodzona jest ciągłość przewodu ochronnego (PE). Z podstaw elektrotechniki wynika, że w takim wypadku przewód PE będzie miał niebezpiecznie wysokie napięcie. Urządzenia w 1 klasie ochronności mają połączoną obudowę z PE (styk ochronny w gnieździe, zwany popularnie bolcem), więc na obudowie takiego urządzenia zasilanego z uszkodzonego obwodu wystąpi napięcie wystarczające, aby spowodować porażenie prądem. Przy czym nie będzie żadnych sygnałów ostrzegawczych, a zdecydowana większość urządzeń pracuje w takich warunkach bez zmian, przez co użytkownik nie podejrzewa awarii. Do urządzeń 1 klasy ochronności można zaliczyć m.in. lodówki, pralki, żelazka, czajniki elektryczne, piekarniki, elektronarzędzia stosowane na budowie i wiele innych. Gdy to piszę, ponownie przypomina mi się pewna kobieta pracująca w hotelu, u której porażenie prądem od lodówki spowodowało utratę zdrowia w postaci częściowego sparaliżowania lewej ręki. Z pewnością skutki tego zdarzenia mogły być jeszcze gorsze.

Izolacja bezhalogenowa

Drugim rodzajem zagrożenia jest ryzyko zapalenia się izolacji w miejscu obniżonej rezystancji. Jeśli cały przewód posiada izolację z materiału palnego, jakim najczęściej jest polwinit, to przewód staje się przewodnikiem pożaru. Przy czym paląc się, wytwarza bardzo duże ilości dymu zawierającego silnie trujące toksyny, które mogą spowodować utratę zdrowia lub życia. Z tego powodu w niektórych obiektach wymagana jest izolacja bezhalogenowa. Co to jest izolacja bezhalogenowa? Mówiąc krótko – to izolacja nieposiadająca związków zawierających chlor, fluor, jod czy brom. Na marginesie, co istotne, nie każda izolacja bezhalogenowa jest niepalna lub samogasnąca.

Niektórzy mogą się zastanawiać w jaki sposób może dojść do takiego zapalenia się przewodu. Z wzoru na moc wynika: P = U^2 / R, więc wartość mocy zależy od napięcia oraz od rezystancji. Przy uszkodzeniu izolacji wskutek starości lub przepięcia rezystancja ulega znacznemu obniżeniu, czyli innymi słowy wzrasta przewodność. Pomijając bardzo nieliczne wyjątki, prąd płynący przez przewodnik zawsze generuje ciepło. W tym wypadku niemal cała energia jest zamieniana na ciepło. Z czasem to uszkodzenie się powiększa, generując coraz większą temperaturę, a w którymś momencie część lub nawet całość izolacji niespodziewanie staje w ogniu.

Zabezpieczenia AFD, detektor iskrzenia

Oczywiście, istnieją zabezpieczenia, ale w większości wypadków nie chronią one przed tego typu zagrożeniem. Bezpiecznik lub wyłącznik nadprądowy najczęściej wyłącza zasilanie dopiero, gdy izolacja się stopi i dojdzie do zwarcia lub gdy wskutek procesu spalania rezystancja znacznie się obniży. Nieco większe możliwości daje wyłącznik różnicowo-prądowy (RCD, potocznie różnicówka, w niektórych krajach GFCI), który wyłącza zasilanie przy znacznie niższych natężeniach prądu, ale nie działa, gdy prąd płynie przez przewody robocze z pominięciem PE i ziemi lub nie jest obecny w każdym obwodzie odbiorczym (w szczególności oświetlenie). Jest to także jeden z najbardziej awaryjnych elementów instalacji oraz na próżno go szukać w większości obwodów rozdzielczych.

Ktoś powie, że przecież istnieją nowoczesne zabezpieczenia AFD. Z chęcią takiej osobie wręczyłbym medal, ale zwróciłbym też uwagę, iż AFD – zgodnie z nazwą – to detektor iskrzenia. Gdy wartość natężenia prądu jest w miarę stała, to AFD nie zareaguje i nie wyłączy zasilania.

Multimetr, omomierz czy elektryk z uprawnieniami?

W tym momencie zapewne wiele osób wyrusza kupić miernik uniwersalny (inaczej multimetr), aby wykonać taki pomiar. I muszę tu wyraźnie podkreślić, że byłby to bardzo poważny błąd. Zaryzykowałbym nawet stwierdzenie, że pomiar omomierzem w takim mierniku prędzej doprowadzi do tragedii niż uszkodzona izolacja. Poza tym używanie najtańszych mierników do pomiarów w instalacji lub tym raczej sieci elektroenergetycznej zdecydowanie nie należy do czynności bezpiecznych dla osoby wykonującej pomiar i dla osób w pobliżu...

W dużym skrócie, do wykonania pozornie prostego pomiaru potrzebne są: atestowany miernik do pomiaru rezystancji izolacji, aktualne świadectwo wzorcowania takiego miernika oraz elektryk z odpowiednimi kwalifikacjami.

Elektryk z odpowiednimi kwalifikacjami w tym przypadku to nie jest pierwszy lepszy elektryk z jakimikolwiek uprawnieniami. Aby móc wykonywać jakiekolwiek pomiary należy posiadać świadectwo do eksploatacji (E) z zakresem uprawnień: "kontrolno-pomiarowe". Przy czym należy mieć na uwadze fakt, że wielu elektryków myli pkt. 10 z ww. zakresem uprawnień. Punkt 10 uprawnia między innymi do obsługi aparatury kontrolno-pomiarowej, czyli np. do montażu licznika energii elektrycznej, i to nie w każdym jednym wypadku. Co więcej, protokół z takiego pomiaru, aby mieć moc prawną, musi być podpisany przez osobę z uprawnieniami dozoru (D) również z zakresem kontrolno-pomiarowym. Może to być jedna i ta sama osoba, jeśli ma oba świadectwa i są one aktualne.

Czym się różni miernik rezystancji izolacji od zwykłego omomierza?

Przechodząc do ciekawszej kwestii – czym się różni miernik rezystancji izolacji od zwykłego omomierza? Różnica tkwi przede wszystkim w poziomie napięcia pomiarowego. Zwykły omomierz podaje napięcie z wbudowanej baterii lub zasilacza, przy czym często jest ono dodatkowo obniżone np. do wartości 0,2V. Tak niskie napięcie pozwala na wygodne, lecz pobieżne pomiary w urządzeniach elektronicznych albo np. na pomiar rezystancji grzałki. Izolacja nie jest rezystorem, diodą ani grzałką, ale można ją porównać nie tyle do diody, co do warystora, w którym wartość rezystancji zależy od... napięcia. Jeśli izolacja, która jest uszkodzona mechanicznie, chemicznie lub wskutek przepięcia czy też nieprawidłowo dobrana, mogą występować nieco inne zjawiska w zależności od napięcia – ze zjawiskiem przebicia elektrycznego na czele.

Dla przykładu, kiedy przewód z izolacją na napięcie maksymalne 25V zostanie poddany badaniu w postaci pomiaru rezystancji z napięciem pomiarowym równym 50V, to prawdopodobnie wystąpi na nim przebicie, które może mieć nawet charakter zwarcia. Chyba nie muszę przypominać, że w polskich instalacjach elektrycznych przeważnie stosuje się dużo wyższe napięcia i występują dużo większe moce zwarciowe Przy tym stosowanie takiego przewodu w sieci 230V czy co gorsza 400V (trzy fazy, potocznie „siła”) to krok do tragedii.