Umhüllungsprüfung mit dem ISOTEST

Sichere Umhüllungsprüfung
mit dem Porenprüfgerät
Foto: Open Grid Europe GmbH
Um die Porenfreiheit von Werks- und Nachumhüllungen sicherzustellen, hat sich der Einsatz der Hochspannungsprüfung seit
Jahrzehnten bewährt. Selbst kleinste Fehlstellen können durch die Prüfmethode sicher erkannt werden. Der Artikel beschreibt
die wesentlichen Kriterien der Umhüllungsprüfung mit Hochspannung. Der professionellen „Porenprüfung“ als wesentlichem
Garant für die Langlebigkeit von Rohrnetzen kommt im Rahmen der Qualitätsüberwachung auf der Baustelle eine besondere
Bedeutung zu. Unerlässliche Voraussetzungen sind die Definition des Themas bereits in der Planungsphase, die detaillierte
Spezifikation des Auftraggebers sowie Qualifizierungsmaßnahmen der prüfenden Mitarbeiter.
Bild 1: ISOTEST®-Prüfung auf der Baustelle
auf die jeweilige Baustellensituation angepassten Form der
Erdung ist in diesem Zusammenhang zu nennen. Qualifizierungsmaßnahmen der prüfenden Mitarbeiter und des
Bauaufsichtspersonals durch geeignete Schulungen und
Unterweisungen sowie eindeutige Spezifikationen durch
den Auftraggeber können zu einer deutlichen Qualitätssteigerung im Rahmen des passiven Korrosionsschutzes
beitragen. Die Vermeidung kostenintensiver Nacharbeit
steht einer rasch amortisierten Investition in Vorplanung,
Ausstattung, Ausbildung und Qualitätssicherung gegenüber.
Nachfolgend soll auf die wesentlichen Kriterien der Umhüllungsprüfung mit Hochspannung eingegangen werden.
Ziel ist das Erkennen
von Materialfehlern wie Poren und Rissen, sonstigen mechanischen Beschädigungen und Schwachstellen, sowie
von Fehlern beim Aufbringen des Umhüllungsmaterials.
Voraussetzung für eine sichere und zuverlässige Prüfung
ist, dass Arbeiten mit dem Porenprüfgerät nur durch eingewiesenes und gut ausgebildetes Personal erfolgen.
Die Prüfung auf Fehlstellen ist für den Rohrleitungsbau
u.a. normativ in EN 10329[1] sowie in den DVGW-Richtlinien (u.a. G 462[2] und W 400-2[3]) geregelt. Innerhalb
des Regelwerkes wird jedoch weitgehend auf eine präzise Beschreibung des Prüfvorgangs und eine ausreichend
detaillierte Spezifikation der zu verwendenden Geräte
verzichtet. Die Prüfergebnisse sind somit stark vom Ausbildungsstand der prüfenden Mitarbeiter sowie der Qualität
und dem Zustand der verwendeten Prüfgeräte abhängig.
Obwohl die DVGW-Richtlinie GW 15[4] die Ausbildung
und Kenntnisse zum Thema „Nachumhüllen von Rohren,
Armaturen und Formteilen“ sehr umfänglich regelt, treten
in der Praxis häufig Unsicherheiten bei der Durchführung
der Porenprüfung auf. Insbesondere die richtige Wahl der
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Gerätevarianten
Auf der Baustelle werden netzunabhängige, tragbare Prüfgeräte verwendet. Die Geräte müssen für diesen Einsatz
entsprechend robust und einfach zu bedienen sein. Bei der
Porenprüfung mit Hochspannung kann zwischen zwei verschiedenen Typen von Prüfgeräten unterschieden werden:
QQ Prüfgeräte mit Impulshochspannung
QQ Prüfgeräte mit Gleichspannung
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für den Fall, dass versehentlich eine zu hohe Spannung
eingestellt wurde ist dieser Aspekt von hoher Bedeutung.
Während beim Prüfen mit Gleichspannung das Material
über den gesamten Prüfzeitraums durch die Spannung belastet wird, kann beim Einsatz von Hochspannungsimpulsen die Dauer der Einwirkung auf wenige Mikrosekunden
reduziert werden.
Gleitentladungen
Gleitentladungen sind ein willkommener und hilfreicher
Nebeneffekt der Hochspannungsprüfung mit Impulsspannung. Mit Hilfe der Gleitentladungen wird die Prüfsicherheit deutlich erhöht. Gleitentladungen werden beim Prüfen mit Hochspannung als Funken sichtbar, die von der
Prüfelektrode ausgehend zu einer Fehlstelle hin – bis zu
mehreren Zentimetern lang sein können. Durch Gleitentladungen können somit auch Poren in einer Entfernung
von der Prüfelektrode gefunden werden, die größer ist, als
es der Wert der eingestellten Prüfspannung rein rechnerisch zulässt.
Die Entstehung der Gleitentladungen hängt von verschiedenen Faktoren ab:
Bild 2: Porenprüfgerät ISOTEST inspect 35 von ELMED Messtechnik
Prüfgeräte mit Impulshochspannung haben sich aufgrund
der hohen Prüfsicherheit weltweit auf den Baustellen
durchgesetzt (Bild 2).
Die im Rohrleitungsbau weit verbreiteten ISOTEST® Prüfgeräte des Unternehmens ELMED Dr. Ing. Mense GmbH
verwenden als Prüfspannung extrem kurze, unipolare
Hochspannungsimpulse mit einer Periodendauer von
ca. 10 µs. Diese Impulstechnik in Kombination mit einer
elektronischen Regelautomatik sorgt auch bei stärkerer
Belastung (z.B. große Rohrdurchmesser und/oder feuchte
Rohroberflächen) für eine konstante Prüfspannung. Somit
ist die zuverlässige Detektion von Fehlern (Risse, durchgehende Poren) sichergestellt. Demgegenüber hat sich
die Verwendung von Porenprüfgeräten mit Gleichspannung insbesondere bei feuchten Oberflächen (z.B. durch
Niederschlag oder Tau) als problematisch erwiesen. Große Rohrdurchmesser, Feuchtigkeit oder Schmutz auf der
Oberfläche stellen an das Prüfgerät hohe Anforderungen.
Um die gewünschte oder vorgeschriebene Prüfspannung
zu erzeugen, wird in einem solchen Fall wesentlich mehr
Energie benötigt als beim Einsatz auf trockenen oder kleineren Prüfobjekten. Prüfgeräte mit Gleichspannung kommen bei den hohen Belastungen leicht an ihre Grenze. Die
Belastung wird zu hoch und die Spannung bricht zusammen. Eine Nachregelung bei stärkerer Belastung ist aus
Sicherheitsgründen nicht möglich. Im Falle einer hohen
Belastung durch Feuchtigkeit beträgt die Prüfspannung
an der Oberfläche somit nur noch einen Bruchteil des geforderten Wertes, mit dem Resultat, dass Fehlstellen nicht
identifiziert werden können.
QQ zu prüfendes Umhüllungs- und Beschichtungsmaterial,
QQ Feuchtigkeit der Luft und Rohroberfläche,
QQ von der Spannungshöhe und, was zu betonen ist,
QQ von der Spannungsform
Gleichspannung hat im Gegensatz zur Impulsspannung
nur eine geringe Neigung zur Bildung von Gleitentladung.
Bei gleicher Prüfspannung bieten Geräte mit Impulsspannung also eine wesentlich höhere Prüfsicherheit.
Sicherheit des Prüfers
Hochspannungsprüfgeräte dürfen bei einer versehentlichen Berührung der Hochspannung führenden Teile,
kein Gesundheitsrisiko für den Bediener darstellen. Ein
wichtiger Punkt im Rahmen der Sicherheitsbetrachtung
ist das Auftreten von Restladungen. Bei der Prüfung mit
Gleichspannung können sich Rohre, Behälter, oder sonstige Teile, durch die lange andauernde Spannungseinwirkung aufladen. Das Rohr verhält in diesem Fall sich wie
ein Kondensator, der sich über eine mögliche Verbindung
zur Erde entladen möchte. Diese Verbindung kann bei fehlender oder schlechter Erdung auch der Prüfer sein! Die
Gefahr eines elektrischen Schlages wird durch die Verwendung von Prüfgeräten mit Impulshochspannung aufgrund
der wesentlich kürzeren Einwirkzeit ausgeschlossen. Voraussetzung ist jedoch immer die einwandfreie Erdung von
Prüfgerät und Rohrleitung.
Werkstoffbelastung
Auch beim Vergleich der beiden Prüfverfahren (Gleichspannung und Impulshochspannung) im Bezug auf die
Belastung des Materials liegt der Vorteil klar bei einer Prüfung mit Impulshochspannung.
Durch den hohen Sicherheitsstandard von ISOTEST® Prüfgeräten ist gewährleistet, dass der Prüfer bestmöglich vor
Beeinträchtigungen durch die Arbeit mit Hochspannung
geschützt ist. So liegt das Gefährdungspotential für die
beim ISOTEST® zum Einsatz kommende Impulsspannung
deutlich unter den zulässigen Grenzwerten nach DIN IEC/
TS 60479-1[5] und IEC CEI TS 60479-2[6].
Dem sogenannten Stoßfaktor kommt in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung zu. Der Stoßfaktor
besagt, dass bei nur kurzer Einwirkzeit, wie z.B. bei Spannungsimpulsen, das jeweilige Material mit dem zwei- bis
dreifachen der zur einem Durchschlag führenden, kritischen Spannung belastet werden kann, ohne Schaden zu
nehmen. Die Verwendung von Impulshochspannung gibt
somit die doppelte bis dreifache Sicherheit. Bei der Prüfung
von Materialien, deren Schichtdicke stark schwankt oder
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Die Erdung
Sowohl das zu prüfende Rohr als auch das Prüfgerät sind
in geeigneter Weise zu erden. Von der Qualität der Erdung
hängt die Zuverlässigkeit der Umhüllungsprüfung und die
Sicherheit des Bedieners maßgeblich ab. Eine unzulängliche Erdung ist eine der Hauptursachen für fehlerhafte
Porenprüfungen. Aufgrund der resultierenden Verluste an
Prüfspannung ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass nicht
alle Fehlstellen angezeigt werden. Eine ordnungsgemäße
Erdung des Hochspannungsprüfgerätes und der Rohrleitung ist somit zwingende Voraussetzung für jede Hochspannungsprüfung.
nungsprüfung realisierbar ist. Ihr Einsatz empfiehlt sich
auch bei schlecht leitendem oder extrem trockenem Boden. In der passenden Größe um das zu prüfende Rohr
gewickelt und festgezogen wird die Manschette auf der
einen Seite mit dem Erdreich (kurzes Erdungskabel mit Erdungsstab) auf der anderen Seite mit dem Prüfgerät verbunden (Bild 5).
Durch die Erdung, d.h.
1. die Verbindung des Prüfgerätes mit dem „blanken
Rohrende“ sowie
2. die Verbindung vom Rohr zum elektrisch leitfähigen
Erdreich (Erdpotential) mittels Erdungsstab
wird der Stromkreislauf geschlossen.
Unabhängig vom angewandten Erdungsverfahren müssen
alle Übergänge niederohmig ausgeführt werden. In der
Praxis heißt das, dass alle Kontaktstellen des Rohres mit
den Erdungsklemmen metallisch blank sein müssen. Mit
Blick auf den Erdungsstab ist zu beachten, dass auch hier
ein niederohmiger Übergang zum Erdreich zwingend erforderlich ist. Dieser wird erreicht, indem der Erdungsstab
möglichst tief in den leitfähigen Boden gesteckt wird. Bei
trockenem Boden ist die Stelle kräftig zu wässern, um die
erforderliche niederohmige Verbindung zu erhalten.
Bild 3: Direkte Erdung
Grundsätzlich werden drei Erdungsformen unterschieden,
die jeweils in Abhängigkeit von der Baustellensituation
zum Einsatz gebracht werden müssen:
QQ die direkte Erdung
QQ die indirekte Erdung
QQ die kapazitive Erdung
Bild 4: Indirekte Erdung
Direkte Erdung
Die direkte Erdung, die direkte leitende Verbindung zwischen dem Prüfgerät und dem nicht isolierten Rohrende,
ist die zuverlässigste Form der Erdung und allen anderen
Möglichkeiten stets vorzuziehen. Das Rohr ist dabei am
blanken Ende mittels eines Erdungsstabes oder einer geeigneten Kabelverbindung zu erden (Bild 3).
Indirekte Erdung
Die indirekte Erdung mit Hilfe der Schlepperde ermöglicht
die Prüfung der Rohrumhüllung ohne hinderliche Erdungskabel. Sie sollte immer dann zum Einsatz kommen, wenn
keine direkte Erdung möglich ist (Bild 4).
Kapazitive Erdung
Die kapazitive Erdung („Phantom-Erdung“) kommt zum
Einsatz, wenn das Rohr bereits vollständig umhüllt ist und
das blanke Ende des Rohres mit der maximal zulässigen
Erdungskabellänge von 15 m nicht erreicht werden kann.
Die hierzu verwendete Erdungsmanschette besteht aus einem gut leitenden Spezialgummi und stellt eine Form der
kapazitiven Erdung dar, die nur bei der Impulshochspan-
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Bild 5: Kapazitive Erdung („Phantom-Erdung“)
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Die richtige Prüfspannung (Bild 6)
Die Wahl der Prüfspannung richtet sich nach zwei Faktoren:
QQ der Art des zu prüfenden Umhüllungsmaterials und
QQ der Schichtdicke
Für den Rohrleitungsbau wird die Prüfspannung in internationalen Normen sowie im DVGW-Regelwerk spezifiziert.
Die folgende Faustformel berücksichtigt die physikalischen
Gegebenheiten und hat sich bei mehrlagigen Umhüllungssystemen für die Berechnung der Prüfspannung über
Jahre bewährt:
5 kV Anfangsspannung + 5 kV/mm
Für eine 3 mm PE Umhüllung ergibt sich aus der obigen
Formel: 5 kV + 3 x 5 kV = 20 kV
Bild 6: Einstellung der Prüfspannung
Mit der so errechneten Prüfspannung werden auch schräg
verlaufende Poren sicher detektiert. Auch das Prüfen von
„Flicken“ zur Fehlstellenabdeckung ist möglich.
Die in verschiedenen Normen aufgeführten, deutlich niedrigeren Spannungswerte können aus Sicht des Herstellers
ELMED Messtechnik nur als Mindest-Standard interpretiert
werden. Sie gewährleisten keine sichere Porenerkennung
in allen Prüfsituationen.
Wahl der Prüfelektrode
Für eine sichere, störungsfreie Funktion, muss bei der
Auswahl des Zubehörs sowie der Auslegung und Dimensionierung der Prüfelektroden der gesamte Prüfaufbau
berücksichtigt werden. Die Wahl der Prüfelektrode ist in
erster Linie vom Durchmesser des zu prüfenden Rohres
abhängig. Alle nachfolgend genannten Prüfelektroden
gibt es jeweils passend für alle Rohrdurchmesser bzw. in
verschiedenen Breiten.
Spiralelektrode
Liegt oder hängt das Rohr noch frei, kann mit einer den
kompletten Rohrumfang prüfenden Spiralelektrode gearbeitet werden – der einfachste und schnellste Weg auch
längere Rohrstrecken zu prüfen (Bild 7).
Bild 7: Spiralelektrode
Halbrundelektrode
Ist das Rohr bereits in den Graben abgesenkt, stellt die
halbrunde Prüfelektrode eine auf diesen Fall abgestimmte
Alternative dar (Bild 8).
Zwischenräume, die bei Halbrundbürsten durch stark
verschmutzte oder verbogene Borsten entstehen können, gefährden die gesamte Prüfung. Das gleiche gilt für
durchhängende oder zu eng gewählte Spiralen. Für ebene Flächen bietet sich die gerade Bürstenelektrode an.
Neben den Prüfelektroden für die Prüfung der äußeren
Umhüllung gibt es Varianten für dünne bzw. empfindliche
Beschichtungen (z.B. PUR), wobei hier der Borstenbesatz
durch ein leitendes Spezialgummi ersetzt ist.
Bild 8: Halbrundelektrode
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Funktionsprüfung des Gerätes
Hierzu ist die Prüfelektrode bei eingeschalteter Prüfspannung gegen die Erdungsklemme zu halten. Bei der Annäherung an die Erdungsklemme muss es zu einem Funkenüberschlag kommen. Der Abstand ist abhängig von der
eingestellten Höhe der Prüfspannung. Alternativ kann die
Überprüfung auch an einer Probepore durchgeführt werden. Mit dem Funkenüberschlag muss ein Signalton und
die optische Porenanzeige erfolgen.
Literaturhinweise:
[1]
DIN EN 10329 „Stahlrohre und -formstücke für Erdund wasserverlegte Rohrleitungen – Umhüllungen für
Schweißverbindungen 2006-04
[2]
Technische Regel – Arbeitsblatt DVGW G 462, Gasleitungen aus Stahlrohren bis 16 bar Betriebsdruck –
Errichtung; 2012-07
Inspektion / Kalibrierung
Um die Zuverlässigkeit des Prüfgerätes über einen langen
Zeitraum zu erhalten, sollte eine jährliche Inspektion und
Kalibrierung durch den Hersteller erfolgen. Die Einhaltung der empfohlenen Inspektionsintervalle trägt entscheidend zur Funktionssicherheit des Gerätes bei und schützt
in vielen Fällen vor teueren Reparaturen. Im Rahmen der
Inspektion müssen alle gerätespezifischen Funktionen
überprüft und kalibriert werden. Das Ergebnis der durchgeführten Inspektion muss in einem PTB-rückführbaren
Werkszertifikat dokumentiert werden.
[3]
Technische Regel – Arbeitsblatt DVGW W 400-2,
Technische Regeln Wasserverteilungsanlagen (TRWV) –
Teil 2: Bau und Prüfung; 2004-09
[4]
DVGW Arbeitsblatt GW 15 „Nachumhüllungen von
Rohrleitungen, Armaturen und Formstücken – Qualifikationsanforderungen an den Umhüller“; 2014-03
[5]
DIN IEC/TS 60479-1, Wirkungen des elektrischen Stromes auf Menschen und Nutztiere – Teil 1: allgemeine
Aspekte; 2007-05
Die ordnungsgemäße Durchführung von Wartungen und
Reparaturen ist nur durch den Hersteller oder durch ausgewiesene und autorisierte Servicestellen gewährleistet.
[6]
IEC CEI TS 60479-2, Effects of current on human beings
and livestock – Part 2: Special aspects; 2007-05
Fazit
Um die Porenfreiheit von Werks- und Nachumhüllungen
sicherzustellen, hat sich der Einsatz der ISOTEST® Hochspannungsprüfung seit Jahrzehnten bewährt. Es konnte
gezeigt werden, dass die Qualität des Prüfgerätes, die Verwendung geeigneten Zubehörs, die richtige Prüfspannung
sowie eine auf die Baustellensituation angepasste Erdung
wesentliche Qualitätskriterien der Umhüllungsprüfung
mit Hochspannung sind. Anhand der Gegenüberstellung
von Gleichspannung und Impulsspannung wird deutlich,
dass die Spannungsform der verwendeten Prüfspannung
erheblichen Einfluss auf die Prüfergebnisse hat. Im Rahmen geeigneter Ausbildungsmaßnahmen müssen von den
Fachhandwerkern die nötigen Kenntnisse erworben und
das Prüfverfahren unter Baustellenbedingungen sicher
beherrscht werden. Der professionellen „Porenprüfung“
als wesentlichem Garant für die Langlebigkeit von Rohrnetzen kommt im Rahmen der Qualitätsüberwachung auf
der Baustelle eine besondere Bedeutung zu. Unerlässliche
Voraussetzungen sind die Definition des Themas bereits in
der Planungsphase und die detaillierte Spezifikation des
Auftraggebers.
Autorenangaben
Sichere Umhüllungsprüfung mit dem Porenprüfgerät
Juni 2015
Ralf Probst
ELMED Dr. Ing. Mense GmbH
Weilenburgstr. 39
D-42579 Heiligenhaus
Tel.: +49 2056 / 9329-15
[email protected]
www.elmedgmbh.de
Dieser Artikel wurde auch in der Fachzeitschrift
3R – Ausgabe 06 / 2015 veröffentlicht.
Schlagwörter
Korrosionsschutz, Porenprüfgerät, Porensuchgerät,
Porenprüfung, Umhüllungsprüfung, Prüfung von
Nachumhüllungen, Qualitätsüberwachung, ISOTEST®
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