application note - metriso 5000d-pi

APPLIKATIONSHINWEIS - METRISO 5000D-PI
Messungen zur vorbeugenden Wartung hochwertiger Anlagen
Die Isolationswiderstandsmessung im allgemeinen ist sehr aussagekräftig und wirkungsvoll. Dies hat zur
Folge, dass sie die weltweit verbreitetste 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.
Das Funktionsprinzip der Isolationsmessgeräte entspricht genau dem Ohmschen Gesetz, also: U=R*I oder
R=U/I. Das Prüfgerät erzeugt eine vom Bediener gewählte Gleichspannung (100V, 250V, 500V, 1kV 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 MW. Wenn nur ein
Hundertstel des oben angegeben Ableitstroms (10 mA) fließt, wird: R = 100 MW.
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. Zeigt ein Metriso eine evtl. vorhandene Fremdspannung an, sind in
einem solchen Fall weitere Messungen gesperrt.
·
Restspannungen in Prüflingen werden nach Beendigung der Prüfung von allen Geräten automatisch
angezeigt und entladen.
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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.
Wiederkehrende Prüfung
Widerstandsänderung
Prüfung mit dem
bei Isolationsmessung
Prüfwert des
Neugerätes Alterung der
Isolierung
Motor neu
gewickelt
METRISO 5000D-PI
Gehäuse
Widerstand in MW
1000
500
100
50
10
5
U1
V1
W1
Isolierungsbruch
1997 1998 1999 2000 2001 2002
JAHR
Widerstand zwischen allen Wicklungen und dem
Gehäuse (Masse) ist zu messen und zu
dokumentieren
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.
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„Langzeitprüfungen“ des Isolationswiderstandes
Die Prüfspannung bleibt bei Langzeit-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 Langzeit-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 30-Sekunden-Messwert.
Je höher die Verhältniszahl liegt, desto besser ist die Isolierung. In der Regel deuten Verhältniszahlen von
mehr als 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-Minuten-Widerstandswert wird durch den 1-Minuten-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. Diese Prüfungen können in kurzen Zeitabständen
nicht 1:1 wiederholt werden – die augenblicklich polarisierten Ladungsträger machen das unmöglich.
Dielektrische Absorption
Prüfung mit dem
METRISO 5000D-PI
Widerstandsänderung
über die Zeit
1000
Steigender
Widerstand
= Gute Isolierung
Widerstand in MW
500
Sinkender
Widerstand
= Schlechte
Isolierung
100
Gehäuse
50
10
5
U1
V1
W1
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Zeit in Minuten
Widerstand zwischen allen Wicklungen und dem
Gehäuse (Masse) ist zu messen und zu
Bei der dielektrischen Absorptionsprüfung müssen mehrere Messungen über eine Zeitdauer von 10 Minuten
durchgeführt werden, aber Korrektur für Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist nicht notwendig.
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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 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.
Steigende Prüfspannung
Prüfung mit dem
METRISO 5000D-PI
Widerstandsänderung bei
steigender Prüfspannung
100
Gleichbleibender
Widerstand
= Gute Isolierung
Widerstand in MW
50
10
5
1
Sinkender
Widerstand
= Schlechte
Isolierung
Gehäuse
1
U1
V1
W1
2
3
4
Spannung in kV
Widerstand zwischen allen Wicklungen und dem
Gehäuse (Masse) ist zu messen und zu dokumentieren
Prüfung mit steigender Spannung deckt bruchanfällige Isolierung auf.
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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:
G
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.
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