Mierniki izolacji P435 MERATRONIK

Po co elektronikowi miernik rezystancji izolacji?

Po pierwsze dla zabawy. Jak wszystko inne!
Mierniki rezystancji izolacji używają głównie elektrycy. Posługują się nimi np.: przy pomiarach odbiorczych, przy diagnostyce, przy sprawdzaniu urządzeń i okablowania. W pracowni elektronika-amatora takie urządzenie pomiarowe nie należy do podstawowego wyposażenia. Nie znajduje się nawet w drugim szeregu. Jego zastosowanie podyktowane jest specyficznymi potrzebami.

Jaki miernik kupić?

Pytanie podstawowe! Łączy konieczność zdefiniowania potrzeb i możliwości finansowych. Gdy miernik nie zarabia na siebie, gdy nie będzie wykorzystywany do celów zawodowych, to tym bardziej należy zwrócić uwagę na koszt zakupu.

Zdefiniowanie potrzeb

Miernik potrzebuję do nieinwazyjnego testowania urządzeń. Oznacza to, że potrzebuję bardo małych mocy, by w momencie przebicia izolacji zminimalizować możliwość uszkodzenia testowanych urządzeń. Nie będę też testować dużych urządzeń, czy rozległych instalacji kablowych. To pozwala, a wręcz wymusza, użycie miernika o minimalnym natężeniu prądu. W miernikach przeznaczonych do prac elektrycznych duży prąd pozwala zwiększyć odporność urządzenia na zakłócenia. W domowej pracowni nie ma takiej potrzeby.

Potrzebuję stosunkowo wysokiego napięcia. Niedrogie mierniki rezystancji izolacji używają napięcia do 1 kV, lub do 2,5 kV. Znacznie droższe mierniki pracują z napięciem do 5 kV. Bardzo specjalistyczne urządzenia wykorzystywane w energetyce mają napięcie 10 kV i większe.
Wysokie napięcie potrzebuję np. do testów takich separatorów:

Separator galwaniczny dla TV, radia i Internetu w sieci TV kablowej

Separatory ze sklepu zapewniają izolację do 3 kV, te własnej konstrukcji powinny wytrzymać jeszcze wyższe napięcia. Dlatego mierniki zapewniające "tylko" 2,5 kV są na moje potrzeby niewystarczające. Również testy z sondami do multimetrów i oscyloskopów, przeznaczonymi do pomiarów przy wyższym napięciu, wymagają źródła napięcia testowego - a czym wyższe te napięcie, tym lepiej.

Można w przyzwoitej cenie kupić nowe mierniki zapewniające napięcie do 5 kV, ale produkcji chińskiej (i kupowane w chinach). Urządzenia o podobnych możliwościach, ale firmowe, kosztują kilka razy więcej. Czy tak duża dysproporcja w cenie ma wpływ na pomiary lub na trwałość urządzenia? Czy może warto przeznaczyć niemałe pieniądze na firmowy miernik, który jednak nie będzie często wykorzystywany?

Miernik rezystancji izolacji jest również gigaomomierzem. Czasami mam potrzebę wykorzystania rezystorów 1000 MΩ (1 GΩ), a posiadane multimetry pozwalają zmierzyć rezystancję do 100 MΩ. Dlatego miernik pozwalający potwierdzić rezystancje gigaomowego opornika jest mi potrzebny. Nie muszę jednocześnie mierzyć rezystancji powyżej kilku GΩ.

Tak więc moje potrzeby to:

• Uzyskanie jak najwyższego napięcia o małym natężeniu (ale o stabilnej w czasie wartości tego napięcia).
• Pomiar rezystancji do kilku GΩ

***

Definicja z Wikipedii:

Rezystancja izolacji - jest połączeniem równoległym rezystancji skrośnej zależnej od materiału izolacyjnego i rezystancji powierzchniowej zależnej od czystości powierzchni. Czynnikami, które głównie wpływają na pomiar parametrów charakteryzujących rezystancję izolacji są: wilgotność, temperatura, napięcie pomiarowe, czas pomiaru oraz czystość powierzchni materiału izolacyjnego. Pomiary rezystancji izolacji wykonuje się celem zbadania faktycznego stanu izolacji instalacji oraz odbiorników energii elektrycznej. Ma to ogromny wpływ na bezpieczeństwo obsługi oraz prawidłowe funkcjonowanie urządzeń elektrycznych.

***

Znalazłem urządzenie, które łączy w sobie atrakcyjną cenę i odpowiednie możliwości techniczne. Do tego podoba mi się. Nie zamykam sobie jednocześnie drogi do kupienia lepszego miernik w przyszłości. Zdobędę doświadczenie, a to pozwoli mi zadecydować, czy wybrany miernik jest wystarczający, czy potrzebuję czegoś więcej.

Udało mi się połączyć potrzebę posiadania miernika rezystancji izolacji z możliwością uratowania polskiego urządzenia, wyprodukowanego 35 lat temu.

Miernik wygrałem na aukcji, która nie była pasjonująca. Byłem jedynym licytującym. Z przesyłką kosztował tyle co trzy zestawy Big Mac'a. Ciężko się dziwić -  na zdjęciach umieszczonych w aukcji miernik nie wyglądał najlepiej... Jak rozpakowałem paczkę to okazało się, że wygląda gorzej niż na zdjęciach. Pierwsze skojarzenie miałem takie: ten miernik wyglądał jakby lata spędził w kurniku i to podczas jego remontu i malowania...

***

Napięcia powyżej 5V boje się... Akceptuje jeszcze 12V... ale już powyżej tego napięcia pracuję bardzo ostrożne. Jak byłem mały to trzy razy prąd mnie poraził, więc uważam mój limit za wyczerpany. Tak samo w nurkowaniu: raz utonąłem i wystarczy. Dlatego zarówno do nurkowania jak i prac przy wyższych napięciach przygotowuje sie starannie.
Moje pierwsze urządzenie lampowe i pierwsze (nie licząc samochodu) wytwarzające tak wysokie napięcie. Obsługując je trzeba zachować uwagę, choć nie jest tak bardzo groźne...

***

Zdjęcia zamieszczone w aukcji - ten miernik licytowałem jako jedyny chętny:

Napisy zeszły przy lekkim potarciu szmatką.

********

Jak widać należało wyczyścić wszystko. W środku jednak miernik nie wyglądał źle. Widziałem znacznie gorsze! Widząc jak wygląda na zewnątrz byłem zdziwiony, że w środku jest nawet OK.

Lampa prostująca napięcie umieszczona za transformatorem wysokiego napięcia. Ta lampa, DY86, pracuje do 18 kV i 0,15 mA.
Proste obliczenie pozwala stwierdzić, że moc miernik wynosi 10000 V * 0,00015 A = 1,5W
Mierniki elektryczne, również by przeciwdziałać zakłóceniom, mają wydajność np.: 6 mA, co przy 10000 V daje 60 W. 
Konstrukcja miernika P435 jest taka, że można przemyśleć wymianę jej na diodę prostowniczą wysokiego napięcia, a może na mostek... Na razie nie widzę takiej potrzeby, lampa sprawuje się doskonale, nie nosi śladów zużycia.
Za 20 zł zamówiłem jeszcze pięć takich samych lamp (polskich, nieużywanych).

Tyle samo kosztuje taki transformator wysokiego napięcia. Piękny miernik!

Obudowa, chassis, oraz wszystkie płytki, elementy i przewody zostały wyczyszczone.

Do czyszczenia użyłem:

• Kamienia polerskiego.
• CIF'u.
• Płynu do mycia okien z amoniakiem.
• Pianki do czyszczenia komputera.
• Kontakt U.
• Kontakt 60.
• Papier ścierny wodny 800 i 1500.
• Alkohol izopropenowy.
• Mydło.
• Do tego: pędzelki, ściereczki, ręcznik papierowy i chusteczki nawilżane.

Głośnik też wymaga wymiany:

Dużo zdjęć może być pomocnych dla innych osób chcących uratować taki miernik:

Schemat najlepiej jest wydrukować i skleić. W ten sposób uzyskuje się spójny obraz urządzenia i łatwiej jest z niego korzystać.

Przewody łączące poszczególne płytki są na początku pewnym utrudnieniem. Należy przestawić się na serwisowanie urządzenie zaprojektowanego i wyprodukowanego dawno temu. Każde pole do przyłączenia przewodu jest jednak doskonale opisane. Same płytki są zaprojektowane z dużą ilością miejsca pomiędzy podzespołami, które są doskonale opisane.

Ciekawe, że w tamtych czasach chyba do każdego urządzenia dodawano wraz z instrukcją obsługi schemat elektryczny. Na schemacie są drobne nieścisłości, ale to nic w porównaniu z coraz gorszymi instrukcjami obsługi dostarczanymi ze współczesnymi urządzeniami i wręcz tajnymi ich schematami - co utrudnia lub uniemożliwia ich serwis.

Źle wygląda, ale to tylko kwestia kosmetyki.

Złącza wysokiego napięcia wyprowadzone z obudowy.

Złącze "-" jest krótsze od złącza "+".

Rezystor drutowy nadgryziony zebem czasu. Sprawny, ale jednak wymagający wymiany.

Widoczny kondensator przeciwzakłóceniowy:

Tabliczka znamionowa:

Kondensatory elektrolityczne wymieniłem na nowe (mimo wszystko...):

35-letnie kondensatory

Wnętrza obudów kryjących dwa zestawy rezystorów: pomiarowy i sprzężenia zwrotnego. 

Użycie lampy błyskowej wydobyło elementy zalane izolatorem:

Cały tor wysokiego napięcia jest bardzo dobrze zabezpieczony i oddzielony od reszty elektroniki.

Widoczny kondensator 470pF 10 000 V:

Do naprawy używałem mierników analogowych. PU120 z tego względu, że sprawdzałem urządzenie uszkodzone, gdzie mogą wystąpić wysokie napięcia. Szkoda było by uszkodzić miernik za kilka tysięcy. PU120 jest tańszy i łatwy w ewentualnej naprawie.

Natomiast PM2505 jest moim standardowym przyrządem pomiarowym. Ruch wskazówki daje dużo informacji. Wiele pomiarów można przeprowadzić bez wlutowywania elementów i tylko po kierunku i szybkości ruchu wskazówki miernika analogowego można ocenić stan podzespołu.

Tak więc, do naprawy użyłem wydrukowanego schematu i mierników analogowych - wszystko w duch epoki...

Tego kabla zasilającego nie dało się wyczyścić - wymieniłem na nowy.

Zewnętrzne śruby mocujące blachy obudowy były skorodowane - je też wymieniłem na nowe.

By przewody wysokiego napięcia nie dotykały obudowy lub podzespołów elektronicznych zapewniłem ich odpowiednie prowadzenie za pomocą plastikowych opasek zaciskowych. Może nie wygląda to super, ale jest skuteczne.

Widoczna zamknięta obudowa rezystorów pomiarowych i sprzężenia zwrotnego.

Jak widać stan obudowy po oczyszczeniu jest wzorowy.

Maskownica z usuniętymi napisami, które będę musiał odtworzyć.

Przyciski były pożółkłe od słońca. Ewidentnie P435 stał w nasłonecznionym miejscu.

Przywrócenie ich wyglądu do stanu akceptowalnego wymagało użycia papieru ściernego, najpierw 800, a następnie 1500. Potrzebna była też cierpliwość.

Przyciski są w kilku kolorach:

- Czerwony włącznik.

- Szary: przełacznik pomiaru napięcia lub rezystancji.

- Trzy kremowe jaśniejsze, zmieniają napięcie.

- Cztery kremowe ciemniejsze zmieniają zakresy rezystancji i natężenia prądu.

********

Kalibracja wskazań:

Do sprawdzenie i korekty wskazań użyłem posiadanych mierników:

• Metrahit Outdoor – Gossen Metrawattr 
• Kaise SK-44 – Kaise Corporation 
• PU120 – Metra Blansko
• PU120 z sondą do 700 V
• PU120 z sondą do 30 kV

Miernik rezystancji izolacji przed testami wygrzewałem po dwie godziny przez dwa dni. Następnie sprawdziłem następujące wskazania napięć, starając się sprawdzić dokładność i liniowość wskazań:

Zakres do 1 kV

Sprawdzane napięcie: 200 V.
Mierniki: Metrahit Outdoor, SK-44 (zakres 600 V), PU120.

Sprawdzane napięcia: 200 V, 400 V, 500 V.
Mierniki: Metrahit Outdoor, SK-44 (zakres 600 V), SK-44 (zakres 1200 V), PU120 z sondą do 700 V.

Sprawdzane napięcia: 200 V, 400 V, 500 V, 800 V, 1000V.
Mierniki: Metrahit Outdoor, SK-44 (zakres 1200 V).

Zakres do 3 kV

Sprawdzane napięcia: 500 V.
Mierniki: Metrahit Outdoor, SK-44 (zakres 600 V), SK-44 (zakres 3000 V), PU120 z sondą do 700 V.

Sprawdzane napięcia: 1000 V.
Mierniki: Metrahit Outdoor, SK-44 (zakres 1200 V), SK-44 (zakres 3000 V), PU120 z sondą do 30 kV.

Sprawdzane napięcia: 1500 V, 2000 V, 3000 V.
Mierniki: SK-44 (zakres 3000 V), PU120 z sondą do 30 kV.

Zakres do 10 kV

Sprawdzane napięcia: 1000 V.
Mierniki: Metrahit Outdoor, SK-44 (zakres 3000 V), PU120 z sondą do 30 kV.

Sprawdzane napięcia: 2000 V
Mierniki: SK-44 (zakres 3000 V), PU120 z sondą do 30 kV.

Sprawdzane napięcia: 2000 V, 5 000 V, 10 000 V
Mierniki: PU120 z sondą do 30 kV.

Krzyżowe i wielokrotne testy napięcia przy użyciu różnych mierników minimalizują możliwość błędu.

Kluczowym napięciem jest 1000 V (na zakresie 1 kV), ponieważ jest to podstawowe napięcie służące do mierzenia rezystancji. Do tego napięcia przystosowana jest skala wskaźnika wychyłowego. Użycie innego napiecia wymaga przeliczania wskazań.

Potrzebowałem więcej miejsca, niż oferowało biurko - szczególnie, że potrzebowałem bezpiecznie rozłożyć kable atestowane tylko na 1000 V, a mierzyłem napięcie nawet dziesięć razy większe.

Napięcie na sondach, gdy pokrętło regulacyjne ustawione jest na minimum. Zazwyczaj wynosi poniżej 0,5 V.

Najmniejsze możliwe do ustawienia napięcie:

Ustawione 400 V na zakresie 1 kV. Nie wymieniłem jeszcze potencjometru na wieloobrotowy, co pozwoli uzyskać większą precyzję:

Jak widać napięcie można ustawić dokładnie:

Któryś z pomiarów 1500 V kontrolowany na SK-44:

Pomiar napięcia 10 000 V multimetrem PU120 z sondą do 30 kV:

Ustawione 5000 V:

Ustawione 1000 V:

Korzystając tylko ze wskaźnika wychyłowego napięcie 1000V byłem w stanie ustawić z dokładnością do +/- 10 V, czyli do 0,1%. Przeprowadziłem wiele prób potwierdzających ten rezultat. Ponowię te pomiary jak wymienię potencjometr na wieloobrotowy.

********

Przebieg napięcia:

Oscylogram y wykonane przy przy niskim napięciu, minimalnie przekraczającym napięcie minimalne:

********

Dostępne zakresy napięć pomiarowych:

• do 1 kV
• do 3 kV
• do 10 kV

Zakresy pomiaru prądu upływu:

• 0,01 µA  –  0,3 µA
• 0,1 µA  –  3 µA
• 1 µA  –  30 µA
• 10 µA  –  300 µA

Zakres rezystancji na skali przy pomiarze 1 kV:

• 3,5 MΩ - 100 MΩ

Mnożniki przy pomiarze rezystancji:

• V:   x1, x3, x10
• Ω:   x1, x10, x100, x1000   

Przy dostępnych mnożnikach można uzyskać wskazania:

• od 3,5 MΩ
• do 1 TΩ

Zakres pomiaru rezystancji wynosi do 4 ΩM do 5 GΩ z niedokładnością ≤ ±10% na wszystkich podzakresach dla wskazań powyżej 30%.

Co praktycznie znaczą tak wysokie rezystancje? 

Do niedawna większość elektroników posiada multimetry potrafiące zmierzyć rezystancję do 10 MΩ. Nieliczne multimetry potrafiły zmierzyć opór do 100 MΩ. Rozwój techniki spowodował jednak powszechną dostępność multimetrów mierzących rezystancję do 30, 40, 60 a nawet 220 MΩ. Oczywiście piszę tu o multimetrach ogólnie dostępnych i używanych - mierniki laboratoryjne stanowią osobna kategorię, zarówno pod względem parametrów jak i ceny...

Zobaczmy poniższe zestawienie. Możliwości popularnych mierników kończą się na kilkuset megaomach:
E6  – 1 000 000 Ω  – 1 mega
E7  – 10 000 000 Ω  – 10 mega
E8  – 100 000 000 Ω  – 100 mega 
E9  – 1 000 000 000 Ω  – 1 giga
E10  – 10 000 000 000 Ω  – 10 giga
E11  – 100 000 000 000 Ω  – 100 giga
E12  – 1 000 000 000 000 Ω  – 1 tera
Warto wyobrazić sobie, ile to jest 1 TΩ. Elektronik zapewne spotkał się z rezystorem o wartości 1 MΩ. Teraz wyobraźmy sobie milion takich rezystorów - to jest właśnie 1 TΩ.

********

Instrukcja obsługi 

Schemat P435

Schemat miernika P435 znalazłem tu:
http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1595038.html
Instrukcję obsługi tu:
http://bee.mif.pg.gda.pl/ciasteczkowypotwor/Polskie%20mierniki/P560.pdf

Za powyższe dokumenty dziękuję ertes232 i ciasteczkowypotwor z elektroda.pl.

********

Do zrobienia pozostało mi jeszcze kupienie:

• Przewodów wysokiego napięcia do odtworzenia sond pomiarowych.
• Rezystorów drutowych do wymiany za uszkodzony.
• Gałek potencjometrów w różnych kolorach, odrobinę większe, by zwiększyć precyzację ustawiania napięcia.
• Potencjometru 10-obrotowy.
• Głośnika.

Oraz:

• Należy odtworzyć czołówkę urządzenia.
• Muszę jeszcze sprawdzić R89.

********

Filmy z pierwszych testów praktycznego użycia:

***

Miernik izolacji P345 wspaniale koresponduje z poniższym przyrządem:

Teraomomierz i pikoamperomierz

********

Inne wpisy:

LED FILAMENT

Oświetlenie miejsca pracy
Oświetlenie LED łazienki (małej)
Zużycie prądu przez suszarkę do ubrań i pralkę
Zużycie prądu przez urządzenia domowe i ich współczynnik mocy cos phi (cosφ)
Modernizacja oświetlenia głównego w dużym pokoju i przedpokoju

Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)

Skrzynka elektryczna z bezpiecznikami i zabezpieczeniami antyprzepięciowymi

Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe - wstęp.

Centrum Zarządzania Światem - zasilanie

Filtry sieci energetycznej

Separator galwaniczny dla TV, radia i Internetu w sieci TV kablowej

Modernizacja oświetlenia głównego w dużym pokoju i przedpokoju

Pulsowanie (migotanie) różnych źródeł światła: świetlówki kompaktowe (CFL), żarówki, lampy LED, itp.

Nowe, inteligentne liczniki energii elektrycznej

Spadek napięcia w zależności od długości przewodu (przedłużacza)

Oznaczenia wyłączników różnicowoprądowych (RCD), oraz jaki wyłącznik zastosować do obwodów zasilających komputery

Jak zmierzyć prąd upływu (Leakage Current Test)

Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą spadku napięcia (metodą techniczną)

Update: 2015.04.28
Create: 2015.04.10