Измерение сопротивления изоляции высоковольтной системы электромобиля

Введение

Эта статья — о том, как выполняется измерение, а не о том, что такое изоляция высоковольтного контура и каков её допуск. Определение величины, физика развязки, нормирование порога на вольт рабочего напряжения и характер деградации принадлежат понятию изоляция высоковольтного контура и здесь не пересказываются. Ниже — подготовка, порядок действий, выбор прибора и чтение полученного числа.

Об одном слове сразу. «Высоковольтный» здесь означает силовой контур электромобиля или гибрида — сотни вольт постоянного тока. В остальном корпусе проекта это же слово несёт два других давно закреплённых значения: вторичная обмотка катушки зажигания с её десятками киловольт и блок розжига ксеноновой лампы. Совпадает слово, но не предмет: там короткий импульс при ничтожной запасённой энергии, здесь — источник, способный поддерживать ток неограниченно долго.

О статусе сведений. Факты, на которые опирается текст, принадлежат существующим понятиям и здесь только используются: величина, её допуск и физика развязки — изоляции высоковольтного контура, напряжение пакета — тяговой батарее, управление контакторами — BMS, границы применимости прибора — мультиметру, кузов как рабочий проводник низковольтной сети — массе автомобиля. Всё, что ниже сказано о порядке измерения, подготовке, выборе прибора и чтении результата, — обобщение принятой практики высоковольтных систем, а не измерение проекта: точки подключения, испытательное напряжение, допустимое время приложения и перечень отключаемых компонентов задаются документацией на конкретный автомобиль. Числовых значений скорости деградации, времени установления показания и вероятности отказа здесь нет намеренно: измерений такого рода у проекта нет. Текст не является допуском к работам и не заменяет обучение.

Принцип измерения изоляции

Мегаомметр отличается от мультиметра не точностью, а тем, что он делает: он прикладывает к участку известное высокое напряжение и измеряет ток, который при этом потечёт. Мультиметр в режиме омметра прикладывает единицы вольт — и тем самым задаёт другой вопрос, ответ на который о высоковольтной изоляции ничего не говорит.

Почему низкого напряжения недостаточно, разобрано в самом понятии: пробой зависит от напряжённости поля, и дефект, невидимый при трёх вольтах, проявляется при пятистах. Здесь важно практическое следствие этого:

  МУЛЬТИМЕТР     вопрос: «есть ли проводящий путь сейчас,
                 при напряжении в единицы вольт»
                 ответ на исправной и на дефектной изоляции
                 одинаков — «бесконечность»

  МЕГАОММЕТР     вопрос: «выдержит ли барьер напряжение,
                 сопоставимое с рабочим»
                 ответ различает эти два состояния

Отсюда правило, которое стоит за всей статьёй: прибор выбирается не по удобству, а по тому, какой вопрос он способен задать.

Оборудование

Конкретные модели здесь не называются намеренно: они меняются, а требования — нет. Значение имеют характеристики.

• Выбираемое испытательное напряжение. Прибор должен позволять задать то напряжение, которое предписано документацией на автомобиль, а не одно фиксированное. Ряд значений и логика выбора принадлежат понятию.
• Диапазон измерения до гигаомов. Исправная изоляция даёт величину на порядки выше порога. Прибор, упирающийся в верхний предел, показывает «выше диапазона» и лишает измерение главного — возможности следить за трендом.
• Категория измерений, соответствующая контуру. Это свойство конструкции прибора, а не выбранного режима; категория задаётся правилами и документацией и здесь не называется.
• Экранирующий вывод (guard). Позволяет исключить из результата поверхностную утечку по загрязнённому или влажному корпусу, когда измеряется именно объёмное сопротивление барьера. Без него грязный разъём читается как дефект изоляции.
• Автоматический разряд после измерения. Мегаомметр заряжает ёмкость контура, и эта энергия остаётся в системе после снятия щупов. Прибор без автоматического разряда требует отдельной процедуры.
• Фиксация результата. Возможность записать величину вместе с условиями — единственный способ сделать следующее измерение сравнимым с этим.

Подготовка к измерению

Обесточивание и проверка нулевого состояния выполняются по процедуре, которая принадлежит статье работа с высоковольтной системой, и здесь не повторяются. Этот раздел — только о том, что специфично именно для измерения изоляции.

Отключить то, что не выдержит испытательного напряжения. Это главное и самое дорогое отличие подготовки. Испытательное напряжение мегаомметра прикладывается ко всему, что осталось подключённым, а в высоковольтном контуре есть узлы, на такое воздействие не рассчитанные: электроника силовых блоков, штатный монитор изоляции, помехоподавляющие конденсаторы. Перечень отключаемого и порядок отключения задаёт изготовитель. Измерение «как есть», без этого шага, способно вывести из строя то, что проверялось.

Привести поверхности в сравнимое состояние. Влага и загрязнение на корпусах разъёмов дают поверхностную утечку, неотличимую в результате от дефекта барьера. Поверхности осматриваются и при необходимости просушиваются до измерения, а не после получения плохого числа.

Записать условия. Температура и влажность влияют на результат, и без них величина несравнима со следующей. Сопротивление изоляции падает с ростом температуры — измерение на прогретой машине и на холодной дают разные числа при одном и том же состоянии барьера.

Убедиться, что контур разряжен. Не только после работ, но и перед измерением: остаточный заряд искажает результат и опасен для прибора.

Процедура измерения

  ШАГ 1   Подключить прибор к проверяемому участку
          и к кузову — точке отсчёта низковольтной сети
          (роль кузова принадлежит «массе автомобиля»)

  ШАГ 2   Задать испытательное напряжение по документации

  ШАГ 3   Приложить напряжение и ДОЖДАТЬСЯ УСТАНОВЛЕНИЯ
          показания — оно растёт, а не появляется сразу

  ШАГ 4   Снять показание и записать вместе с условиями

  ШАГ 5   Разрядить участок; убедиться в разряде замером

  ШАГ 6   Повторить для остальных участков и полюсов

Шаг 3 — тот, который чаще всего выполняют неправильно. Высоковольтный контур обладает заметной ёмкостью: протяжённые экранированные кабели, помехоподавляющие конденсаторы, обмотки. Приложенное напряжение сначала заряжает эту ёмкость, и ток в первый момент велик — прибор показывает низкое сопротивление. По мере заряда ток спадает, а показание растёт. Снятое сразу число говорит о ёмкости, а не об изоляции, и всегда занижено. Сколько ждать — зависит от ёмкости конкретной системы и указывается изготовителем; универсального времени нет.

Что именно измеряется — каждый полюс контура относительно кузова, и это принадлежит понятию. Здесь добавляется практическое: измерение выполняется по участкам, а не только на контуре целиком. Общий результат отвечает на вопрос «есть ли дефект», результат по участкам — на вопрос «где он».

Шаг 5 не декоративен. Прибор оставил в системе заряд, которого там до измерения не было. Разряд — часть процедуры, а не завершение работ.

Интерпретация результатов

Пороговое значение и его нормирование на вольт принадлежат понятию. Практика чтения результата состоит в другом.

Одно измерение отвечает только на вопрос «сейчас». Изоляция деградирует постепенно, и величина выше порога не означает, что барьер здоров: она означает, что на момент замера он ещё выше порога.

  СТАБИЛЬНО ВЫСОКОЕ        барьер в порядке

  ВЫШЕ ПОРОГА, НО ПАДАЕТ   идёт деградация;
  ОТ ЗАМЕРА К ЗАМЕРУ       формально исправно,
                           фактически — предмет наблюдения

  НИЖЕ ПОРОГА              эксплуатация прекращается
                           до устранения причины

  ЗАВИСИТ ОТ ПОГОДЫ        влага; ищется не барьер,
                           а нарушенное уплотнение

Вторая строка — та, ради которой ведётся запись. Тренд информативнее абсолютной величины: падение от замера к замеру при формально проходном значении говорит о развивающемся дефекте, а единичное проходное число не говорит ничего о направлении.

Сравнимость. Два числа сравнимы, только если сравнимы условия: температура, влажность, состояние поверхностей, время выдержки, испытательное напряжение и перечень отключённых узлов. Сравнение замера на прогретой машине с замером на холодной — не тренд, а разница условий.

Расхождение с монитором. Штатный монитор изоляции даёт вторую точку опоры, и это принадлежит понятию. Практическое следствие: измерять стоит и тогда, когда монитор не жалуется, — иначе тренд не построится, а первым сигналом станет уже отказ.

Типичные неисправности изоляции

Скорости деградации здесь не приводятся: они зависят от материала, температуры и условий эксплуатации, а измерений такого рода у проекта нет. Перечень не заявляется исчерпывающим.

Специфика разных компонентов

• Тяговая батарея. Наибольшая ёмкость контура, поэтому дольше всего устанавливается показание. Дефект часто локализуется до отдельного модуля разделением пакета по процедуре изготовителя.
• Обмотки электродвигателя. Индуктивность добавляет к ёмкостному заряду собственный переходный процесс; показание устанавливается медленнее, чем на кабеле. Измерение выполняется относительно корпуса машины.
• Высоковольтные кабели. Самый частый адрес механического повреждения — точки прохода через кузов и места крепления. Протяжённый экранированный кабель сам по себе обладает заметной ёмкостью.
• Бортовое зарядное устройство и инвертор. Содержат узлы, не рассчитанные на испытательное напряжение, и помехоподавляющие конденсаторы, которые без отключения читаются как утечка. Эти блоки — главный повод свериться с документацией до подачи напряжения.
• Зарядный порт. Открытая наружу точка контура: загрязнение и конденсат здесь обычнее, чем внутри машины, и чаще дают поверхностную, а не объёмную утечку.

Заблуждения

«Прозвоню мультиметром — покажет бесконечность, значит, изоляция цела». Покажет бесконечность и на дефектной изоляции: прибор задаёт вопрос при единицах вольт. Это не пониженная точность, а измерение другой величины — граница разобрана в понятии и в мультиметре.

«Показание скачет, прибор неисправен». Показание растёт, потому что заряжается ёмкость контура. Это нормальное поведение измерения, а не дефект прибора; число снимается после установления.

«Осмотрел кабели — повреждений нет, значит, изоляция в порядке». Осмотр находит механическое повреждение и не находит ни влагу внутри корпуса, ни термическое старение, ни протечку в модуль. Изоляция — величина измеряемая, и осмотром не заменяется.

«Выше порога — вопрос закрыт». Выше порога и падает — вопрос открыт. Единичный результат не имеет направления; направление даёт только сравнение с предыдущим замером в сравнимых условиях.

«Число не сошлось с прошлым разом — что-то сломалось». Сначала проверяются условия: температура, влажность, испытательное напряжение, перечень отключённых узлов. Разница условий объясняет расхождение чаще, чем деградация.

«Можно мерить, не отключая блоки». Можно — один раз. Испытательное напряжение прикладывается ко всему подключённому, включая узлы, на него не рассчитанные.

Связь с диагностикой

Измерение изоляции — не самостоятельная процедура, а звено. Оно выполняется при подозрении на дефект, после любого вмешательства в высоковольтную часть и до подачи напряжения — порядок обратного включения принадлежит статье работа с высоковольтной системой. Общий принцип «сначала то, что обесценивает остальное» не меняется и принадлежит статье системный подход к диагностике электрики.

Уточнение о приборе, важное для этой статьи. Мультиметр остаётся основным инструментом автоэлектрика и полностью сохраняет своё место в работе с электромобилем — но на низковольтной стороне: бортовая сеть 12 В, масса, питание, разъёмы, нормы которых разобраны в статье нормальные напряжения автомобиля, а критерии выбора — в статье мультиметр для автоэлектрика. Для измерения сопротивления изоляции высоковольтной системы он не является инструментом ни в каком исполнении и ни в каком режиме. Это не вопрос класса прибора — это вопрос того, какое напряжение он способен приложить.

Отсюда практический вывод, повторяющий вывод первой статьи домена с другой стороны: большая часть работы с электромобилем выполняется обычными приборами в безопасной низковольтной зоне, а к высоковольтной части переходят по процедуре и со своим инструментом.

Чего эта статья не утверждает

• Факт: определение сопротивления изоляции, его допуск, нормирование порога на вольт и физика развязки. Всё это принадлежит понятию и здесь только используется.
• Обобщение практики: описанный порядок измерения, состав подготовки, требования к прибору и правила чтения результата отражают принятую практику высоковольтных систем, а не измерение проекта.
• Не утверждается: что процедура конкретного автомобиля совпадает с описанной. Точки подключения, испытательное напряжение, время выдержки и перечень отключаемых узлов задаёт изготовитель; при расхождении действует его документация.
• Не утверждается: что перечень шагов, механизмов деградации и компонентов исчерпывает возможные.
• Не приводится ни одного числового значения скорости деградации, времени установления показания, температурной поправки и вероятности отказа: измерений такого рода у проекта нет, а правдоподобное число в этой теме создаёт не точность, а риск.
• Не утверждается, что прочтение этого текста даёт право выполнять описанные работы. Допуск определяется обучением и действующими правилами, а не статьёй.