Danas je nabavljen mjerač otpora izolacije Insulation meter MA 2027 slovenskog proizvođača Iskra iz 1987. godine. Tvrtka ISKRA vuče korijene iz 1946. godine te je i danas prisutna na tržištu. Kroz čitavo razdoblje postojanja nudi širok spektar proizvoda iz područja elektronike, elektrotehnike, telekomunikacija, energetike, automatizacije i tome srodnih proizvodnih grana.
Uz instrument dolaze tri mjerne žice sa silikonskom izolacijom duljine 150 cm.
Do sada smo već opisali nekoliko mjerača otpora izolacije (megaommetar). To su bili instrumenti sa kvocijentnim (logometarskim) mjernim sistemom i ručnim induktorom mjernog napona iz 1950-tih godina (Evershed & Vignoles MEGGER 5G/152, EKA ISOLEKA M126, Metra Blansko MEGMET 1000 V), zatim smo imali jedan nešto drugačije izvedeni mjerač sa standardnim mjernim sistemom sa jednim zakretnim svitkom i ručnim induktorom također iz 1950-tih godina (Metrawatt J5000), te jedan megaommetar sa elektronskim cijevima iz 1960-tih godina (Iskra MA 2072). Također smo opisali tri nešto naprednija tipa mjerača otpora izolacije koji uključuje tranzistorski generator stabilnog mjernog napona, a sam mjerni sistem je standardni sa jednim zakretnim svitkom (Iskra MA 2022, Iskra MA 2025, Iskra MA 2026). Mjerač otpora izolacije Iskra MA 2027 također spada u kategoriju mjerača sa tranzistorskim oscilatorom mjernih napona.
S obzirom da smo u navedenim objavama opisali sve što se tiče mjerenja izolacije ovdje ćemo se bazirati samo na specifičnostima našeg uređaja MA 2027.
Mjerač otpora izolacije Iskra MA 2027 služi za mjerenje otpora u rasponu od 0 do 10000 MΩ te za mjerenje istosmjernog ili izmjeničnog napona do 2000 V (unutrašnji otpor 2,5 MΩ). Mjerenje napona se vrši u položaju sklopki „V metar“ i „2000 V“, a opsezi za mjerenje otpora se kombiniraju slijedećim položajima sklopki:
Vidimo da uređaj generira ispitne napone od 1 kV, 2,5 kV i 5 kV pri čemu je maksimalna struja kratkog spoja 400 µA što ga čini relativno sigurnim za korištenje. Točnost mjerenja je ±3% za otpor i ±5% za napon.
Prije mjerenja otpora potrebno je podesiti mehaničku i električnu nulu mjernog instrumenta. Mehanička nula se podešava kod isključenog instrumenta, a električna nula se podešava kao i kod svakog drugog ommetra: odabere se željeni ispitni napon, kratko se spoje mjerne priključnice +Rx i –Rx te se kazaljka instrumenta podesi na krajnji desni otklon (nula na skali I).
Mjerenje napona prvenstveno služi za utvrđivanje da li je električna instalacija na kojoj ćemo mjeriti otpor izolacije pod naponom. Za mjerenje napona se također koriste priključnice +Rx i –Rx, pri čemu nije potrebno paziti na polaritet priključivanja ni kod izmjeničnog ni kod istosmjernog mjerenja napona.
Priključnica „Z“ služi za odvođenje lutajućih (puzajućih) struja koje se mogu pojaviti na površini izolacije kojoj mjerimo otpor, a posljedica su samog mjernog napona instrumenta. Takve struje mogu nastati kod mjerenja otpora između vodiča i izolacije (npr. kablovi) te mogu dovesti do greške u mjerenju. Također, kod mjerenja otpora izolacije na električnim komponentama koje imaju osjetni vlastiti kapacitet (npr. dugački kablovi) može doći do nabijanja tog kapaciteta pa napon ostane prisutan i nakon prestanka mjerenja. Indikator za to je sama kazaljka instrumenta, tako da je mjerene žice najbolje ukloniti tek kada kazaljka instrumenta padne do kraja na početnu poziciju (lijevi rub skale).
U instrument je ugrađen akumulator od deset komada Ni-Cd baterija 1,2 V. Kapacitet akumulatora je 1,8 Ah što je prema tvorničkim specifikacijama dovoljno za 2 sata neprekidnog rada ili 2000-2500 mjerenja. Punjenje akumulatora se vrši posebnim punjačom SU 17 u trajanju 14 sati, a priključnica za punjenje je na vertikalnom rubu prednje ploče odmah ispod crvene LED koja signalizira donju granicu istrošenosti akumulatora. Instrument ne može raditi za vrijeme punjenja baterija (priključak punjača isključuje instrument), a ugrađen je i relejni sklop za zaštitu baterija od prekomjernog pražnjenja (isključivanje baterija kad napon padne ispod minimalne vrijednosti). Izmjerili smo da instrument u praznom hodu troši 320 mA struje, a kod kratkog spoja 420 mA struje.
Primarni krug transformatora čini relaksacijski oscilator (astabilni multivibrator) sa tranzistorima T5 i T6 na čijim kolektorima se dobivaju protufazni pravokutni naponi. Ovi naponi se pojačavaju preko tranzistora T3/T2 i T4/T1 i napajaju primar transformatora (N1). To je klasični protufazni ili push-pull driver za transformator. Izmjerili smo da je napajanje primara pravokutnim naponom frekvencije 15 kHz (12 Vpp).
Oscilator se napaja preko Darlingtonovog para tranzistora T8/T7, a iste kontrolira napon dobiven preko posebnog namotaja transformatora (N3) za povratni krug regulacije izlaznog napona. Napon sa namotaja N3 se ispravlja diodom D9 i regulira potenciometrom za kalibraciju električne nule P4. Ovaj napon se dovodi na bazu T9 koji dalje regulira napon na T8/T7 za napajanje oscilatora. Time ovaj krug osim što služi za finu regulaciju izlaznog napona, također vrši i njegovu stabilizaciju.
Sekundarni namotaj ima posebne izvode za tri mjerna napona, no oni su nekoliko puta manji od nominalnih. Puni naponi se postižu umnoživačem napona sa diodama D5-D8 i kondenzatorima C3-C6. Time je izbjegnuta potreba za visokonaponskim transformatorom i visokonaponskim ispravljačkim diodama što su skupi elementi i zahtijevaju posebne izolacije. Naime, diodno-kondenzatorski umnoživač napona, odnosno Cockcroft-Walton generator (vidi objavu Ionizator zraka AETE) ima dvije bitne prednosti: napon na niti jednom elementu u lancu nije veći od dvostrukog vršnog ulaznog napona i ulazni izmjenični napon u umnoživač je na izlazu ispravljen u istosmjerni napon. Svaki kondenzator u lancu se može promatrati kako zasebna baterija, a koje su međusobno serijski spojene.
VN transformator (slika desno) i umnoživač/ispravljač napona Cockcroft-Walton tipa.
Izmjerili smo slijedeće pravokutne napone na sekundaru transformatora:
- za mjerni napon 1 kV: 600 Vpp ili 220 V RMS
- za mjerni napon 2,5 kV: 1400 Vpp ili 540 V RMS
- za mjerni napon 5 kV: 2720 Vpp ili 1060 V RMS
Izgled napona na sekundarnom namotaju za mjerni napon 5 kV.
Izlaz iz umnoživača napona se vodi na mjerne stezaljke preko mjernog kruga sa instrumentom i preko odgovarajućih otpornika za ograničenje struje i kalibraciju za svaki mjerni napon (R4-R15, P1-P3). U mjernom krugu su diode D1 i D2 ispravljačke za mjerenje izmjeničnih napona, a D3 i D4 su antiparalelno spojene zaštitne diode za mjerni instrument. Te silicijske diode ne dozvoljavaju dolazak napona većeg od cca 0,6 V na mjerni instrument.
Senzorski krug za detekciju niskog napona baterije se bazira na operacijskom pojačalu IL741S. Pojačalo radi kao komparator fiksnog referentnog napona osiguranog preko zener diode (Z1) na invertirajućem ulazu (pin-2) i dijela baterijskog napona koji se preko djelitelja napona R37/P5 vodi na neinvertirajući ulaz (pin-3).
Kad je napon na pinu-3 veći od napona na pinu-2, na izlazu iz operacijskog pojačala se pojavljuje pozitivni napon. Taj napon uključuje tranzistor T10 i preko njega relej. U našem slučaju posve napunjen Ni-Cd baterijski paket ima napon 14,4 V, a kad je prazan do dozvoljene granice napon padne na 11 V. Djelitelj napona R37/P5 se stoga podesi tako da se na ulaznom naponu od 11 V dobije izlazni napon od 4,3 V što je referentni zener napon. Na tom naponu (oba napona u komparator jednaka) stanje napona na izlazu iz komparatora se mijenja iz pozitivnog napona na nulu, a time se onda isključuje i T10 sa relejom. Ako je napon veći od 11 V, onda je i napon na pinu-3 veći od napona na pinu-2, izlaz je pozitivan i relej se preko tranzistora uključuje.
Ovdje je često problem upravo situacija kada su oba napona jednaka ili gotovo jednaka te komparator nema dovoljnu razliku napona za sigurno prepoznavanje stanja (histereza). To posebno mogu pogoršati razne smetnje i šumovi u vodovima. Otpornik R38 u pozitivnoj povratnoj sprezi je dodan kako bi se stabiliziralo upravo takvo stanje.
Ni-Cd baterijski paket i operacijsko pojačalo IL741 u krugu detekcije ispražnjenosti baterija.
Mjerač otpora izolacije Iskra MA 2027 izvana i iznutra djeluje kao da je napravljen vrlo kvalitetno. Visokonaponsko SMPS napajanje sa povratnim krugom regulacije potječe iz vremena kada SMPS napajanja još nisu bila u širokoj primjeni i lijep je primjer diskretne izvedbe takvih sklopova. Danas su oscilatori, izlazni tranzistorski driveri i povratni krugovi regulacije strpani u jedan mali čip iz kojeg ne možete puno toga naučiti. U slučaju kakvog kvara čip se jednostavno zamijeni i rijetko koga zanima njegova unutrašnja struktura.
Isto tako, indikacija stanja baterije sa zaštitnim relejom izvedena je na vrlo uobičajeni način sa operacijskim pojačalom u spoju komparatora i zener-diodom kao referentnim izvorom napona, a to je temelj i današnjih namjenskih čipova za kontrolu stanja baterija. Ni-Cd baterije iz našeg uređaja su dotrajale i treba ih ekološki zbrinuti (ove baterije se zbog po okoliš štetnih supstanci više ne proizvode), no u kućištu uređaja ima više nego dovoljno mjesta za bilo koji drugi baterijski paket zajedno sa punjačom.
Mjerni napon se može precizno podesiti potenciometrom za kalibraciju električne nule na prednjoj ploči instrumenta (mjereno visokonaponskim elektrostatskim voltmetrom Type C96).