Messungen zur vorbeugenden Wartung hochwertiger Anlagen

Messungen zur vorbeugenden Wartung
hochwertiger Anlagen
Die Isolationswiderstandsmessung im allgemeinen ist sehr aussagekräftig und wirkungsvoll. Dies hat zur
Folge, dass sie die weltweit verbreiteste und am häufigsten angewandte Schutzmaßnahmenprüfung
überhaupt ist.
Bekannt sind natürlich vor allem die dafür verwendbaren Geräte, die nach der EN 61557 (VDE 0413) mit
gängigen Meßspannungen operieren: also 100V, 250V, 500V, 1000V wie z.B.die breite Palette von
Metrisos der Firma GOSSEN-METRAWATT.
Die Prüfung der Isolierungsgüte ist nicht nur für neue Installationen zu empfehlen, sie stellt auch ein
aussagekräftiges Werkzeug für laufende Wartungsarbeiten dar und ermöglicht die frühzeitige Erkennung
von schadhaften Leitungen noch bevor es zum Überschlag, zur Beschädigung bzw. Abschaltung oder zu
einem Unfall an der Anlage kommt. Für solche Messungen empfiehlt sich das Metriso 5000D-PI mit all
seinen Messmöglichkeiten, die weit über das bisher aufgezeigte hinaus gehen..
Prüfgeräte mit einer Meßspannung von 5000 V ermöglichen auch die Überprüfung der Isolation in
Mittelspannungsanlagen. Auch wenn nicht regelmäßig Mittelspannungsanlagen getestet werden, sind
diese Isolationsmeßgeräte mit herausragenden Leistungsmerkmalen ausgestattet.
Bild A
Das Funktionsprinzip der Isolationsmessgeräte entspricht genau dem Ohmschen Gesetz, also: U=RI oder
R=U/I. Das Prüfgerät erzeugt eine vom Bediener gewählte Gleichspannung (100V, 250V, 500V, 1k V oder
höher), und misst den Ableitstrom, der vom Leiter durch die Isolierung fließt. Aus diesen Werten wird dann
der Widerstand berechnet. Je besser die Isolierung ist, desto niedriger ist der Ableitstrom, und desto
größer ist der Widerstand. Wenn z.B. 1000 V angelegt werden und 1 mA fließt, wird: R=1 MΩ. Wenn nur
ein Hundertstel des oben angegeben Ableitstroms (10 µA) fließt, wird: R=100 MΩ.
Die neuen Prüfgeräte zur Messung des Isolationswiderstands sind mikroprozessorgesteuert und
batteriebetrieben. Sie sind präziser als die älteren, analogen Geräte. Aber viele Elektriker trauern den
analogen Prüfgeräten nach. Sie sind ideal, wenn man schnell messen und Trends erkennen muß. Metriso
1000A und vor allem das neue Zweihandgerät Metriso 5023 erfüllen auch diese Wünsche auf ganz
moderne Art.
Alle Isolationsmeßgeräte sind natürlich mit einer Batteriekontrolle ausgestattet, damit der Ladezustand
überwacht werden kann. Außerdem sind zwei wichtige Sicherheitsfunktionen selbstverständlich:
Prüfgeräte zur Messung des Isolationswiderstands sind zum Prüfen von Stromkreisen im spannungsfreien
Zustand ausgelegt. Zeigen alle Metrisos evtl. vorhandene Fremdspannungen an, sind in einem solchen
Fall weitere Messungen gesperrt. Restspannungen in Prüflingen werden nach Beendigung der Prüfung
von allen Geräten automatisch angezeigt und entladen.
Isolationsmessgeräte sind unverzichtbar für die Durchführung von Erstprüfungen in neuen Installationen
zur Überprüfung auf mögliche falsch verdrahtete Kabel und beschädigte Isolierungen. Ohne diese Prüfung
besteht das Risiko eines verdeckten Leiter- oder sogar Erdschlusses.
Im Gegensatz zur einmaligen Erstprüfung einer Installation setzt vorbeugende Wartung eine ganze Reihe
von Messungen voraus, die gespeichert und in regelmäßigen Zeitabständen verglichen werden sollten.
Wie es auch oft bei den täglichen Dingen im Leben vorkommt, verändert sich die Isolierung mit der Zeit
und wird schlechter. Beeinflussungen durch die Umwelt oder Belastungen wie Überbeanspruchung und
Überhitzung, Schwingungen, sehr hohe und sehr niedrige Temperaturen, Verschmutzung, Öl, chemische
Verunreinigungen und Feuchte verursachen eine Verschlechterung des Isolationswiderstandes. Motoren
sind besonders anfällig, weil sie oft unter rauen Bedingungen eingesetzt werden.
BILD 1
Wiederkehrende Prüfung kann zur vorbeugenden Wartung eingesetzt werden,
muss aber für Temperatur und Luftfeuchtigkeit korrigiert werden.
Die wichtigste Anforderung bei Messungen, die zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt werden, liegt
darin, dass die Prüfbedingungen – Temperatur und Luftfeuchtigkeit – ähnlich sein müssen, um
brauchbare Vergleiche zu erhalten. Warum? Weil der Widerstand bei zunehmender Temperatur und
Luftfeuchtigkeit abfällt. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit können zum Zeitpunkt der Messung als
Vergleichswert aufgezeichnet werden. Eine wichtige Größe für eine präzise Messung ist auch die
Temperatur des eigentlichen Isolierstoffes. Deshalb sollten Messungen nicht bei starken
Temperaturschwankungen ausgeführt werden bzw. sollte der Isolierstoff immer eine Zeitlang der gleichen
Außentemperatur ausgesetzt sein bevor gemessen wird.
Das neue Metriso 5000D-PI verfügt über eine interne Zeitschaltuhr (Timer) für die Durchführung von
„Langzeitprüfungen“ zur Diagnose und vorbeugenden Wartung. Zeitgesteuerte Prüfungen führen
Messungen im Laufe einer einzigen Testserie mit gleichbleibenden Bedingungen durch, wodurch
Umwelteinflüsse weitestgehend ausgeblendet werden. Diese Prüfungen sind besonders nützlich für hoch
kapazitive Geräte wie Motoren, Transformatoren, Generatoren und lange Kabel (zu den kapazitätsarmen
Geräten gehören Schaltgeräte, kurze Kabel und Kleinmotoren). Man unterscheidet zwischen zwei Sorten
von zeitgesteuerten Prüfungen: „Langzeitprüfung“ und Prüfung mit steigender Spannung.
BILD 2
Bei der dielektrischen Absorptionsprüfung müssen mehrere Messungen über eine Zeitdauer von 10 Minuten
durchgeführt werden, aber Korrektur für Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist nicht notwendig.
„Langzeitprüfungen“ des Isolationswiderstandes
Die Prüfspannung bleibt bei Zeit/Widerstands-Prüfungen konstant, und der Widerstandswert steigt mit der
Zeit, wenn die Isolierung in Ordnung ist. Das Metriso 5000D-PI mit seiner internen Zeitschaltuhr mißt,
einmal gestartet, bei angelegter konstanter Prüfspannung (100 V, ... , 5000 V) über eine Zeitdauer von
bis zu 100 Minuten. Für diese Art von Messungen sind allerdings Meßzeiten von 30s, 60s, 1 Min. und 10
Minuten typisch.
Die gebräuchlichsten Zeit/Widerstands-Prüfungen sind die dielektrische Absorptionsprüfung (DAR) und
der Polarisationsindex (PI). Trotz der ungewöhnlichen Begriffe sind die Prüfungen mit dem Metriso
5000D-PI sehr einfach durchführbar. Die dielektrische Absorptionsprüfung vergleicht die Verhältniszahl
zwischen zwei Zeit/Widerstands-Werten, üblicherweise zwischen einem 60-Sekunden- und einem 30Sekunden-Messwert. Je höher die Verhältniszahl liegt, desto besser ist die Isolierung. In der Regel deuten
Verhältniszahlen von mehr als 1,4 bis 1,6 auf eine gute Isolierung hin. Der Polarisationsindex ist identisch,
aber hier wird nach einer Minute, und nochmals nach 10 Minuten gemessen. Der 10-MinutenWiderstandswert wird durch den 1-Minute-Widerstandswert geteilt. Verhältniszahlen zwischen 2 und 4
deuten in der Regel auf eine gute Isolierung hin. Neue Anlagen können nach dem Polarisationsindex
geprüft werden, um einen Bezugswert zu ermitteln und der Test kann hinterher in regelmäßigen
Abständen durchgeführt werden, damit die ersten Anzeichen einer Störung erkannt werden können. Wenn
die Verhältniszahl mit der Zeit abfällt, zersetzt sich entsprechend die Isolierung. Es muss beachtet
werden, dass der Polarisationsindex eine Verhältniszahl und keine absolute Messung ist. Eine
Verhältniszahl auf der Basis von zwei Messwerten, die unter gleichen Bedingungen gewonnen werden,
hebt die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsvariabeln auf.
BILD 3
Prüfung mit steigender Spannung deckt bruchanfällige Isolierung auf.
Prüfungen mit ansteigender Stufenspannung
Während bei den oben beschriebenen Prüfungen eine konstante Prüfspannung über eine bestimmte
Zeitdauer angelegt wird, wird bei der Prüfung mit ansteigender Spannung diese über eine bestimmte
Zeitdauer angelegt (in der Regel in fünf Stufen mit einer Dauer von jeweils einer Minute). Das Metriso
5000D-PI kann steigende Spannungsstufen mit individuell einstellbaren Zeitfenstern in allen
Messbereichen erzeugen. In diesem Fall soll der Widerstandswert nicht ansteigen: bei guter Isolierung
bleibt der Widerstand gleich. Schlechte Isolierung weist einen fallenden Widerstandswert auf, und kann
sogar durchschlagen. Als Faustregel kann man sagen, dass der gemessene Widerstandswert um
höchstens 25% variieren darf..
Jede Prüfung hat ihre eigenen Stärken. Der Polarisationsindextest ist gut geeignet für das Aufspüren von
Feuchtigkeits- und Verschmutzungsproblemen. Unter solchen Bedingungen können Ableitströme über die
Oberfläche der Isolierung kriechen. Andererseits ist die Prüfung mit steigender Spannung besonders
nützlich bei der Suche nach mechanischen Beschädigungen wie feinen Löchern oder Schäden in alter,
spröder Isolierung. Defekte können durch Überschläge verursacht werden, die erst bei höheren
Spannungen entdeckt werden.
Guard (G)
Ein wichtiges Detail ist noch zu ergänzen: bei allen Messungen muss beachtet werden, dass bei
hochohmigen Widerständen der Meßstrom das Bestreben hat, den leichtesten Weg von einem zum
anderen Pol zu nehmen. Besonders bei Wiederholungsprüfungen kann dieses Bestreben durch
Verschmutzungen / Verunreinigungen auf der Oberfläche des Prüflings erleichtert werden. Deshalb ist in
diesen Fällen der sog. Guardanschluß am Metriso 5000D-PI wichtig. Angebracht am Prüfling irgendwo
zwischen den beiden Meßspitzen ist es seine Aufgabe, eben diese nicht durch das Dielektrikum
fließenden Ströme zu messen und den angezeigten Messwert entsprechend zu korrigieren.
Nachfolgendes Bild verdeutlicht diese Messanordnung sehr anschaulich:
Bild B
Zusammenfassung
Alle Metrisos können für die Durchführung von Kontrollen an neuen und modifizierten Installationen
verwendet werden. Diese Prüfungen können in regelmäßigen Zeitabständen im Rahmen eines
vorbeugenden Wartungsplans vorgenommen werden, um rechtzeitig mögliche Veränderungen der
Isolation zu ermitteln. Es ist aber wichtig, bei jeder Messung auf möglichst konstante Luftfeuchtigkeit und
Temperatur zu achten. Besonders das Metriso 5000D-PI verfügt über Prüfmöglichkeiten mit steigender
Spannung und zeitgesteuerten Prüfungen. Mit einem modernen 5 kV Isolationsmeßgerät, wie z.B. dem
Metriso 5000D-PI, können nicht nur Mittelspannungsanlagen überprüft werden, Eine Zeitschaltuhr, ein
Speicher und weitere wichtige Funktionen und Eigenschaften gehören zur Serienausstattung.
Zeitgesteuerte Prüfungen können wichtige Informationen für Diagnose und vorbeugende Wartung liefern,
auch bei schwankenden Temperaturen und Luftfeuchtigkeit. Das betrifft neben Kabeln natürlich auch
Generatoren, Motoren, Transformatoren und weitere wichtige Investitionsgüter, deren regelmäßige und
„vorbeugende“ Wartung die Lebensdauer sowie Sicherheit und Betriebssicherheit erhöht und
Betriebskosten senkt.