Alles was Sie ber Isolationsmessungen wissen sollten

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IsolationsmessungenSmtliche elektrischen Anlagen und Gerte mssenbestimmte Isolationseigenschaften aufweisen, da siesonst nicht sicher betrieben werden knnten. JedesAnschlusskabel, jeder Schalter und vor allem dieSicherheitseinrichtungen an elektrischen Antrieben oderStromerzeugern mssen mit Werkstoffen isoliert sein, dieeinen besonders hohen Widerstand haben, so dass derStrom nur in den fr ihn bestimmten Leitern fliet.

Im Laufe der Jahre lsst die Qualitt dieserIsolierwerkstoffe jedoch aufgrund von Beanspruchungenund Umwelteinflssen nach. Sie verlieren ihrenhohen elektrischen Widerstand und lassen Leck- oderFehlerstrme entstehen, die ihrerseits zu Elektrounfllen,Schden an Maschinen und Ausrstungen und schlielichzu kostspieligen Produktionsausfllen in Gewerbe undIndustrie fhren knnen.

Neben der Eingangsprfung bei der Inbetriebnahmevon neuen oder reparierten Gerten oder Anlagensind regelmige Isolationsmessungen jedoch auchsehr sinnvoll, da man mit ihnen die Alterung derIsolierung entdecken kann und sich vorbeugendeWartungsmanahmen ergreifen lassen. Unflle undSchden lassen sich so vermeiden, bevor sich dieIsolationseigenschaften soweit verschlechtern, dass sie zueiner Gefahr werden.

Nach diesen Vorbemerkungen wollen wir uns nun denmesstechnischen Fragen zuwenden. Oftmals werden zweiunterschiedliche Messverfahren verwechselt: die Messungder Durchschlagspannungsfestigkeit und die Messung desIsolationswiderstands.

Die Durchschlagspannungsfestigkeit oder krzer auch alsDurchschlagfestigkeit bezeichnet, ist diejenige Spannung,mit der ein Isolator fr eine gewisse Zeit belastet werdenkann, bevor sich ein Funkendurchschlag ereignet. In derPraxis kommen solche hohen Spannungen bei einemBlitzschlag vor oder durch Induktionsphnomene beiFehlern in Hochspannungsleitungen. Die Prfung derDurchschlagfestigkeit stellt sicher, dass die gefordertenKonstruktionsmerkmale bei den Kriechwegen und denIsolationsabstnden eingehalten wurden. Diese Prfungwird oft mit einer Wechselspannung durchgefhrt, kannaber auch mit Gleichspannung vorgenommen werden.Fr die Messung wird ein Durchschlagfestigkeitsprferverwendet, der die beim Durchschlag erreichte Spannung inKilovolt (kV) anzeigt. Die Prfung der Durchschlagfestigkeitist meist zerstrend fr das Prfobjekt, sie wird deshalbfast nur bei Typprfungen fr die Zulassung von neuenoder instand gesetzten Gerten oder Anlagen verwendet.

Die Messung des Isolationswiderstands ist dagegen unternormalen Umstnden zerstrungsfrei. An das Prfobjektwird eine Gleichspannung gelegt, die sehr viel niedrigerist als die Durchschlagspannung, dann misst man denflieenden Strom und drckt das Ergebnis in k, M, Goder sogar T aus.

Dieser Widerstand ist ein Ma fr die Gte des Isolators,der zwei Leiter voneinander trennt. Diese zerstrungsfreieMessung ist besonders geeignet fr die berwachung derAlterung von Isolierwerkstoffen whrend der Betriebszeiteines elektrischen Gerts oder einer Anlage. Die Messungwird mit einem Isolationsprfer vorgenommen, dieblicherweise auch Megohmmeter genannt werden.

Isolierungen und Ausfallursachen von IsolierungenDie Messung des Isolationswiderstands mit einemMegohmmeter ist eine Manahme der vorbeugendenWartung. Daher ist es wichtig, die Grnde fr dieVerschlechterung der Isolationsfhigkeit zu kennen, um dieMessungen und die Abhilfemanahmen optimal einplanenzu knnen.

Die Ursachen fr den Ausfall von Isolierungen lassensich in fnf Gruppen einteilen, wobei stets zu beachtenist, dass sich die Ursachen addieren und die Ausfllebeschleunigen, wenn keine Gegenmanahmen ergriffenwerden.

Elektrische Belastungen:

Diese Belastungen entstehen vor allem durchberspannungen und teilweise auch durchUnterspannungen.

Mechanische Belastungen:

Dazu gehren vor allem die Belastungen durch hufigesEin- und Ausschalten, Vibrationen durch Unwuchten anelektrischen Maschinen, Schlge, Ste, Quetschungenan elektrischen Anlagen, Abknicken von Kabeln, usw

Chemische Belastungen:

Die Nhe zu chemisch aggressiven Stoffen, der Einflussvon len, Fetten oder tzenden Dmpfen und nichtzuletzt das Vorhandensein von Staub beeintrchtigen dieIsolationseigenschaften von Werkstoffen erheblich.

Temperaturschwankungen:

In Verbindung mit den mechanischen Belastungen durchhufiges Ein- und Ausschalten ergeben sich auchBelastungen durch die Ausdehnung und dasZusammenziehen von Isolationswerkstoffen beiErwrmung oder Abkhlung. Auch lngerer Betrieb beiExtremtemperaturen fhrt zum vorschnellen Altern derWerkstoffe.

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Umwelteinflsse:

Schmutz und Feuchtigkeit, sowie Schimmelbildung inwarmfeuchten Umgebungen haben ebenfalls einen groenEinfluss auf die Isolationseigenschaften von Werkstoffen.

Die folgende Grafik veranschaulicht die Verteilung der Ausfallursachen bei elektrischen Antrieben:

uere Verschmutzung

berlastung

Mechanische Strungen

Fehlerhafter Auenleiter

Isolationsschden

Andere

43 %

25 %

5 %5 %

10 %

12 %

0 5 10 15 20

Chemische Stoffe

Staub und Fremdkrper

Schimmel

le und Fette

uere Verschmutzungen

auergewhnliche Einflsse bedingt sind, wie z.B.berschwemmungen, gibt es langsame Beeintrchtigungender Isolationseigenschaften, die praktisch mit derInbetriebnahme beginnen, die sich teilweise gegenseitigverstrken und die ohne Abhilfemanahmen langfristig zuerheblichen Risiken fr die Sicherheit der Mitarbeiter unddie Verlsslichkeit der Arbeitsablufe fhren. Nur durch dieregelmige berwachung der Isolierung von Gerten undAnlagen lassen sich solche Beeintrchtigungen frh genugentdecken und geeignete Abhilfemanahmen vor einemKomplettausfall einleiten.

Prinzip der Isolationsmessung und EinflussfaktorenDie Messung des Isolationswiderstands beruht auf dem berhmten ohm'schen Gesetz: indem man an dasPrfobjekt eine Gleichspannung legt, die geringer als dieDurchschlagspannung ist, und den ber das Objekt abflie-enden Strom misst, lsst sich der Widerstandswert ein-fach ermitteln. Grundstzlich sind Isolationswiderstndesehr hoch (sonst htte man es ja nicht mit einem Isolatorzu tun... ) aber eben nicht unendlich. Die angelegteSpannung fhrt daher zu einem wenn auch geringenStrom der vom Megohmmeter gemessen wird und erlaubt,den Widerstandswert in k, M, G oder bei einigenModellen sogar in T anzuzeigen. Dieser Widerstand istdas Ma fr die Gte der Isolation zwischen zwei Leiternund mit ihm lassen sich die Werte fr die mglichenAbleitstrme berechnen.

Die Messung des Isolationswiderstands, d.h. des berdas Prfobjekt abflieenden Stroms bei Anlegen einerkonstanten Prfspannung, wird durch eine Anzahl Faktorenbeeinflusst. Dazu gehren z.B. die Temperatur und dieFeuchtigkeit, die das Messergebnis erheblich verndernknnen. Aber zuerst wollen wir die Arten der bei einerIsolationsmessung flieenden Strme untersuchen, ohnediese externen Einflussfaktoren zu bercksichtigen.

Der durch den Isolationskrper flieende Strom setzt sich aus drei Komponenten zusammen:

Dem kapazitiven Ladestrom, der fliet, bis dieKapazitt der zu prfenden Isolation auf die angelegtePrfspannung aufgeladen ist. Dieser Strom ist starkvernderlich: er ist zu Beginn sehr hoch und nimmtdann exponentiell bis auf einen Wert nahe Null ab,sobald die Kapazitt der zu prfenden Isolation gest-tigt ist wie bei einem Kondensator, nachdem er auf eine bestimmte Spannung aufgeladen wurde. Nachwenigen Sekunden bis zu einigen 10 Sekunden spieltdieser kapazitive Ladestrom fr die Messung praktischkeine Rolle mehr.

Dem dielektrischen Absorptionsstrom. Dieser Stromdient dazu, die Molekle des Dielektrikums, aus demder Isolator besteht, entsprechend dem angelegtenelektrischen Feld umzuorientieren. Dieser Strom nimmtsehr viel langsamer ab als der kapazitive Ladestrom:es kann einige Minuten dauern bis er einen Wert naheNull erreicht.

Dem eigentlichen Leckstrom, der durch den Isolatorfliet. Dieser Strom ist ein Ma fr die Gte desIsolators und er ndert sich whrend einer Messungpraktisch nicht. Dieser Strom wird auch Ableitstromgenannt.

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Die folgende Grafik zeigt den zeitlichen Verlauf dieser drei Teilstrme. Die Zeitangabe an der X-Achse in Sekundendient nur zur Information und kann je nach der zu prfendenIsolation stark schwanken.

Leck- bzw. Ableitstrom

ZEIT IN SEKUNDEN

ST

RO

M I

N M

IKR

OA

MP

ER

E

Der ber die Isolation bei konstanter Prfspannungabflieende Gesamtstrom unterliegt also mit der Zeiteiner starken Abnahme oder in anderen Worten: derIsolationswiderstand nimmt mit der Zeit stark zu.

Bevor wir uns mit den Einzelheiten der unterschiedlichenMessarten beschftigen, sollten wir noch mal auf die bei-den wichtigsten Einflussfaktoren auf die Messungen zusprechen kommen.

Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit:tt

Bei Temperaturvernderungen ndert sich derIsolationswiderstand nach einem quasi-exponentiellenGesetz. Als Beispiel und in grober Annherung kann mansagen, dass eine Temperaturerhhung um 10 C denIsolationswiderstand praktisch halbiert und umgekehrteine Abkhlung um 10 C den Isolationswiderstand ver-doppelt. Im Rahmen einer vorbeugenden Wartung ist esdaher empfehlenswert, die Messungen stets bei derselbenTemperatur vorzunehmen oder sie, falls dies nicht mglichist, immer auf dieselbe Referenz-Temperatur umzurechnen(siehe Diagramm unten).

Die Feuchtigkeit des Isolationsmaterials und auch die rela-tive Luftfeuchtigkeit im Messraum spielen eine wichtigeRolle, da sie die Oberflchenleitung auf dem Isolator starkbeeinflussen. Auf keinen Fall sollte eine Isolationsmessungvorgenommen werden, wenn die Temperatur unter den sogenannten Taupunkt abgefallen ist.

Messverfahren und Interpretation der MessergebnissePunktuelle oder Kurzzeit-Messungen

Dieses Messverfahren ist das einfachst