Isolationsprüfungen - RS Components

ANWENDUNGSBERICHT
Isolationsprüfungen
Sie gehören zum unverzichtbaren Teil des Elektriker-Alltags und sind für die Sicherheit im
Betrieb grundlegend: Isolationsmessungen an elektrischen Geräten und Anlagen. Um
Sicherheitsrisiken auszuschließen, müssen alle Geräte und Anlagen vor der Inbetriebnahme
und anschließend in regelmäßigen Abständen kontrolliert werden. Wegen dieses hohen
Stellenwertes bieten wir Ihnen hier einen praxisorientierten Überblick zum Thema Isolationsprüfung.
Und das nicht zuletzt deshalb, weil manche Messergebnisse ein gewisses Maß
an Interpretation erfordern.
• Vor Inbetriebnahme, alle aktiven Leiter untereinander
verbunden und mit angeschlossenen
Verbrauchern, ist der Isolationswiderstand des
Gesamtsystems gegenüber Erde zu prüfen.
Für den zuständigen Fachmann im Betrieb
untergliedert sich die Aufgabe der Isolationsprüfung
in zwei Bereiche: Vor dem
Anschluss und der Inbetriebnahme von neuen
oder in Stand gesetzten Anlagen muss er die Güte
der Isolation im Hinblick auf ihre Durchschlagspannungsfestigkeit
messen und prüfen. Geht das
Gerät bzw. die Anlage nach bestandener Prüfung
in Betrieb, so muss die elektrische Sicherheit in
regelmäßigen Wartungsintervallen durch Messung
und Prüfung des Isolationswiderstandes bestätigt
werden. Weil sich diese beiden Messaufgaben in
wichtigen Punkten unterscheiden, lohnt es sich,
ihre technischen Merkmale kurz zu rekapitulieren.
Durchschlagspannungsfestigkeit
Im Allgemeinen ist hier nur von „Spannungsfestigkeit“
die Rede. Gemeint ist damit die Prüfung
der Isolation auf ihre Fähigkeit, einer Prüfspannung
während einer bestimmten Dauer
standzuhalten, ohne dass es zu einem Durchschlag
kommt. Die Güte der Isolation soll eine
Funkenstrecke verhindern, aus der sich Gesundheitsgefahren,
Brände und Produktionsstillstände
ergeben können. Diese Prüfung bestätigt auch,
dass der Aufbau eines Gerätes die in den Normen
und Vorschriften geforderten Schlagweiten, Luftstrecken
und Kriechstrecken einhält.
Bei der Prüfspannung handelt es sich um eine
Überspannung, deren Höhe meist in kV in Datenblättern
festgelegt ist. Tritt bei der Prüfung wegen
unzureichender Isolation ein Durchschlag auf, so
kann dies unter Umständen zu erheblichen Schäden
am Prüfling führen, je nachdem, wie hoch die
abgegebene Leistung des Messgerätes ist. Mit der
Prüfspannung werden also realistische Extremsituationen
des Anlagenbetriebs, wie Blitzschlag in
eine Freileitung oder Induktionsspannungen durch
Fehler auf dem Übertragungsweg, simuliert und
ihre möglichen Auswirkungen vorweg genommen,
sodass rechtzeitig konstruktive Gegenmaßnahmen
ergriffen werden können. Damit trägt die Prüfung
der Durchschlagspannungsfestigkeit wesentlich
zur grundsätzlichen Betriebssicherheit von elektrischen
Geräten und Anlagen bei. Vergleichbare
Prüfverfahren, bei denen eine Beschädigung des
Prüflings im Interesse der Sicherheit von Mensch
und Betrieb in Kauf genommen wird, sind auch in
vielen anderen Bereichen Standard. Ein Beispiel
dafür liefern Kesseldruckproben.
vorgenommen, man kann aber auch mit
Gleichspannung arbeiten.
• Tritt ein Durchschlag auf, kann das zu umfangreichen
Beschädigungen führen.
Isolationswiderstand
Ganz anders die Prüfung des Isolationswiderstandes:
Dieser Messvorgang ist normalerweise
zerstörungsfrei, denn es wird nur eine geringe
Spannung an das Gerät oder die Anlage angelegt
und der Widerstand der Isolation ermittelt. Dieser
Widerstand ist ein Maß für die Güte der Isolation
zwischen spannungsführenden Teilen und zeigt,
wie groß die Gefahr der Bildung von Kriechstrecken
ist. Erforderlich ist die regelmäßige Messung
des Isolationswiderstands deshalb, weil die Wirkung
von Isolationswerkstoffen durch Beschädigung,
Beanspruchung und Alterung im Verlauf der
Betriebsdauer beeinträchtigt werden kann. Die
Messung eignet sich vor allem dazu, solche
Alterserscheinungen an Isolationen rechtzeitig
aufzuspüren. Entsprechend gehört die Prüfung des
Isolationswiderstandes in den Rahmen der vorbeugenden
Wartung.
Prinzipieller Prüfablauf
Zunächst muss der Prüfling von allen Anschlüssen
abgetrennt und spannungsfrei sein. Dann wird er
an die DC-Prüfspannung gelegt, und der Widerstand
wird an den entsprechenden Punkten
gemessen. Bei der Prüfung der Isolation gegenüber
Erde empfiehlt es sich, den Pluspol der Prüfspannung
auf Erde zu legen, um bei mehreren
Prüfungen hintereinander Probleme durch eine
negative Vorspannung der Erde zu vermeiden.
Elektrische Anlagen
Die Norm EN61557-2 bzw. die europäische Niederspannungsrichtlinie
schreibt vor, dass der Isolationswiderstand
einer abgeschalteten und spannungsfreien
elektrischen Anlage über eine Strecke
von 100 m wie folgt gemessen werden muss:
• Vor Inbetriebnahme und bei abgetrennten
Verbrauchern ist die Messung zwischen jedem
„aktiven“ Leiter (Phasenleitern und Neutralleiter)
durchzuführen, um sicherzustellen,
dass kein Leiter beim Einbau Beschädigungen
erlitten hat.
Mindestwerte für die Messung des Isolationswiderstandes
in elektrischen Anlagen schreibt die
Norm EN61557-2 fest. Die Werte richten sich
nach der Nennspannung der Anlage. Als Mindestwiderstand
werden ≥1000 Ω pro V Prüfspannung
gefordert:
Nenn- Prüf- Mindestspannung
spannung isolationswiderstand
500 V 1000 V DC 1,0 MΩ
Praxis-Tipps:
• Wenn sich im Prüfling empfindliche elektronische
Bauteile befinden, müssen die Phasenund
der Neutralleiter gut miteinander verbunden
sein.
• Die Messungen können auch über geringere
Strecken als 100 m vorgenommen werden.
Der geforderte Widerstandswert ist dann umgekehrt
proportional zur Verringerung der
Strecke, d. h. auf 50 m (Hälfte der Strecke)
muss der doppelte Widerstandswert gemessen
werden: R Isol 50 m = 2 x R Isol 100 m
• Bei industriell oder gewerblich genutzten Anlagen
sind diese Messungen in regelmäßigen
Abständen zu wiederholen.
Umlaufende Maschinen
Der Wicklungswiderstand von Motoren/Antrieben
kann gegenüber Erde oder zwischen den Wicklungen
gemessen werden.
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Praxis-Tipps:
• Ohne Prüfung der Durchschlagspannungsfestigkeit
darf keine neue oder in Stand
gesetzte Anlage in Betrieb genommen werden.
• Die Prüfung wird meist mit Wechselspannung
Alternativ kann man auch den Isolationswiderstand
des gesamten Motors gegenüber Erde
messen.
06105/401-234
06105/401-100

ANWENDUNGSBERICHT
Für die Isolationsprüfung von Niederspannungsantrieben
und -motoren ( 4 = hervorragend
Entsprechend berechnet man für neuere Isolierstoffe
die sogenannte „Dielectric Absorption Ratio“
(DAR). Hier wird der Wert nach 1 Minute
durch den Wert nach 30 Sekunden geteilt. Es gilt:
DAR < 1,25 = ungenügend
DAR < 1,6 = gut
DAR > 1,6 = hervorragend
Praxis-Tipps:
• Die Messung des Isolationswiderstandes über
der Zeit eignet sich besonders gut zur vorbeugenden
Wartung umlaufender Maschinen.
• Die Temperatur spielt dabei nur eine geringe
Rolle, weil zeitlich relativ dicht beieinander
liegende Messungen verglichen werden.
• Der Koeffizient PI ersetzt nicht die Mindestwertangaben
in Normen oder Vorschriften von
Motorenbauern! Er liefert eine Zusatzinformation
über das Alterungsverhalten der Isolation.
Zur Messung sehr hoher
Isolationswiderstände
Bei Isolationen mit über 1 GΩ Widerstand
können Oberflächenkriechströme (durch
Feuchtigkeit und Staub) die Messung verfälschen.
Um wirklich nur die „quer“ von einem
Leiter zum anderen abfließenden Leckströme
zu erfassen, verwendet man eine sogenannte
Guard-Schaltung:
Praxis-Tipp:
• Auch wenn sich die Mindestwerte für den
Isolationswiderstand von Norm zu Norm
unterscheiden, gilt nahezu immer, dass der
Richtwert von 1000 Ω pro V nicht unterschritten
werden sollte.
Umgebungseinflüsse auf die Messung
Sowohl Temperatur als auch Feuchtigkeit beeinflussen
Isolationsmessungen:
• Bei Wartungsarbeiten sollte man beispielsweise
die Messungen an Motoren stets unter
gleichen Temperaturbedingungen vornehmen.
Wo das nicht geht, muss man die gemessenen
Werte mit Hilfe einer R/t-Kurve auf eine Bezugstemperatur
korrigieren. Die IEEE Norm 43
(für umlaufende Maschinen) schlägt als Korrekturfaktor
vor, pro 10 K Temperatursteigerung
jeweils durch zwei zu teilen.
ist I L hoch und die Messung wird nur verhältnismäßig
schwach durch I K und I A beeinflusst.
Folge: Der Stromabfluss sinkt nur geringfügig, die
Kurve der Messung zeigt daher einen flachen Verlauf
(Kurve D in der Grafik). Typische Ursachen
sind gealterte Werkstoffe, Risse, Schmutz und
Feuchtigkeit.
Dabei wird ein Kontaktpunkt zwischen den
Leitern „+“ und „-“ mit der Guard-Klemme
des Isolationsprüfers verbunden. Alle eventuellen
(Kriech-) Ströme, die vom Kontaktpunkt
zur Guard-Klemme abfließen, gehen
nicht in das Messergebnis ein.
Praxis-Tipp:
• Wichtig ist die Wahl eines geeigneten
Kontaktpunktes für die Guard-Schaltung.
Dieser Punkt darf nichts mit der Isolierwirkung
zu tun haben, die eigentlich geprüft
werden soll.
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Angebote & Beratung zur Messtechnik: RS Kompetenz Team unter 06105/401-800