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 izolacji 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.

Jak sprawdzić 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. Dodatkowo, sytuacja staje się jeszcze bardziej problematyczna w przypadku spalonego bezpiecznika automatycznego, który często ulega uszkodzeniu w wyniku nadmiernego obciążenia lub nieprawidłowego działania, pozostawiając instalację bez skutecznej ochrony.

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 pomiar rezystancji multimetrem. 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 by wykonać pomiar 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 pomiarów rezystancji izolacji, 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 i uziemienia 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.

Jak zmierzyć rezystancje i jak interpretować badanie rezystancji izolacji (Riso)?

Rzeczą naturalną u większości ludzi, jest usilne oszczędzanie energii - w sensie energii koniecznej do wykonywania danego zadania - czy to zdobywanie pożywienia na polowaniu czy też pomiary elektryczne ochronne. Dotyczy to zarówno wysiłku fizycznego jak i umysłowego. Być może sprawdza się to w takich czynnościach jak ww. polowanie, ale niestety nie przy rzeczach wymagających bardziej złożonego myślenia niż np. policzenie ile jest 6+7, czy tym bardziej analiza wyniku miernika rezystancji izolacji. Pomijając procedury, osoba wykonująca taki pomiar, musi znać zjawiska fizyczne stosowane w elektrotechnice jak np. pojemność elektryczna.

Pojemność elektryczna czyli kondensator? Przecież przewód to nie kondensator, więc o czym mowa? Otóż kondensator to nic innego jak dwa lub więcej przewodników oddzielonych dielektrykiem (izolacją). Bardzo często osoby z niedostateczną wiedzą, wyczytają że można zrobić szybki pomiar całej instalacji - poprzez jeden pomiar na wszystkich obwodach na raz i się dziwią czemu miernik nie pokazuje stałej wartości, tylko rosnącą wartość rezystancji. Sprawa jest prosta - podczas pomiaru, miernik posiada ograniczenie prądu pomiarowego, gdyż pomiar jest wykonywany śmiertelnie dużym napięciem.

To ograniczenie prądu np. za pomocą zwykłego rezystora węglowego powoduje, iż ten kondensator potrzebuje czasu aby się naładować, co może zająć nawet kilka minut. W takich wypadkach bierze się pod uwagę czas 10 minut, chyba że wartość zmierzonej rezystancji przekroczy zakres miernika, to nie oczywiście nie ma najmniejszego sensu czekać dalej i można wpisać np. ≥5GΩ czyli to samo co: większe lub równe pięć Giga Omów.

Innymi słowy, wpisujemy w protokole wartość ustaloną miernika - wtedy kiedy wynik pomiaru na wyświetlaczu (wskazówka w przypadku mierników wskazówkowych) wzrośnie i się ustabilizuje. W przypadku gdy wynik pomiaru się zmniejsza lub jest poniżej dopuszczalnej normy, to jest aż kilka przyczyn. Naturalnie przed pomiarem odłączamy w instalacji wszystkie odbiorniki (wraz z tymi w rozdzielnicy, jak np. lampki sygnalizacyjne, SPD i inne). Bardzo często inwestor zapomina o jakimś urządzeniu oraz gniazdka nie ma w dołączonym projekcie powykonawczym i poprzednim protokole z przeglądu. Pomiar można powtórzyć, ale trzeba się liczyć z tym, że wiele urządzeń odbiorczych może zostać uszkodzone przy pomiarze napięciem 500V DC czy nawet niższym.

Rzecz oczywista, miernik jest urządzeniem elektronicznym. Jakiego by nie było producenta, to zawsze jest ryzyko jego uszkodzenia. W razie wątpliwości, można orientacyjnie sprawdzić rezystancję zwykłym omomierzem, zmierzyć napięcie na biegunach miernika w trakcie pomiaru (oczywiście bez instalacji i innych rzeczy), a najlepszym wyjściem jest posiadanie kilku rezystorów które bez problemu zmieszczą się w pudełku po zapałkach. Oczywiście należy pamiętać, że większość rezystorów THT małej mocy (0.25W z reguły) ma maksymalne dopuszczalne napięcie pracy 200V DC, więc podłączenie takiego pod 500V może natychmiastowo spowodować przebicie elektryczne w jego wnętrzu i zmienić jego faktyczną rezystancję. Oczywiście można połączyć (np. lutownicą czy nawet szybkozłączką, o ile przekrój pozwala) trzy rezystory szeregowo (lub więcej przy wyższym napięciu pomiaru). Gdy miernik pokaże znacząco inną wartość niż suma tych rezystorów, to najpewniej miernik został uszkodzony.

Kolejna rzecz w poszukiwaniach, to oczywiście instalacja sama w sobie. Nie wykluczając przy ty jakiegoś odbiornika - np. wyłącznik zmierzchowy schowany w puszce która nie rzuca się w oczy. W każdym razie, jeśli pomiar wyszedł poniżej maksymalnego zakresu miernika, to należy zmierzyć każdy obwód osobno. Jeśli wynik mieści się w normie, to w większości przypadków można go wpisać w protokół pomiaru rezystancji izolacji. W innym razie, gdy inwestor wyrazi zgodę, można rozpocząć poszukiwania - która część obwodu stanowi problem i go usunąć lub powiadomić inwestora. Po usunięciu przyczyny, naturalnie ponawiamy pomiar i zapisujemy wynik. Można też napisać adnotację o usunięciu usterki - z pewnością będzie pomocna dla osoby wykonującej kolejny przegląd - nawet jeśli to będzie ta sama osoba. Wszak 5 lat (1 rok w niektórych wypadkach) to dość długo żeby zapomnieć co najmniej połowę rzeczy z całego przeglądu.

Z ważniejszych rzeczy, to ustawienie właściwego napięcia pomiarowego w mierniku. Jest to dość dokładnie opisane w normach dot. instalacji czy sieci. W przypadku zwykłych instalacji elektrycznych AC i DC, można to nieco streścić. Tabela poniżej przedstawia zarówno napięcia, oraz maksymalne dopuszczalne wartości, jakie (wg. norm) można uznać za dopuszczalne:

Tabela – pomiar rezystancji izolacji

Napięcie nominalne mierzonego obwodu	Napięcie pomiarowe Riso	Maksymalna dopuszczalna wartość Riso
SELV oraz PELV	250 V	0,5 MΩ
Do 500 V oraz FELV	500 V	1 MΩ
Powyżej 500 V	1000 V	1 MΩ
WLZ kablem 600/1000 V (m.in. YKY)	* 2500 V	1 MΩ

* Kable WLZ w zależności od interpretacji norm powinno się mierzyć albo napięciem 500 V albo 2 500 V. Niezależnie od norm, w praktyce WLZ jest najbardziej narażony na przepięcia, więc wydaje się być logiczne aby pomiar był wykonany takim dużym napięciem. Większość mierników Riso niestety ma zakres do 1000 V. Oczywiście, aby się snie zapomnieć, należy mieć na uwadze że wiele WLZ jest na bazie zwykłego przewdu WLZ np. w bloku czy w przypadku domu z licznikiem i WLZ w całości wewnątrz. Pomiar przewodu YDY 450/750 V za pomocą 2 500V wydaje się być niewskazane, ale co jeśli producent podczas produkcji stosuje właśnie 2 500 V jako napięcie próby?