Die Isolierung ist dafür ausgelegt, die Beanspruchungen während ihrer Nutzungsdauer zu ertragen. Zu bedenken ist jedoch, dass elektrische Isolierungen mit der Zeit altern und dass ungewöhnliche Beanspruchungen diesen natürlichen Vorgang beschleunigen und die Lebensdauer verkürzen. Daher sind regelmäßige Prüfungen wichtig, um eine beschleunigte Alterung, ihre Ursache und die erforderlichen Gegenmaßnahmen zu erkennen.
Die Alterung der Isolierung geht auf 5 Ursachen zurück, die sich gegenseitig beeinflussen: elektrische Beanspruchung (durch Über- oder Unterspannungen, die zu Rissen oder Delamination führen), mechanische Beanspruchung (Stöße, häufiges Anfahren und Abschalten, Vibration,..), chemischer Angriff (durch korrosive Dämpfe, Schmutz oder Öl), thermische Beanspruchung (übermäßige Wärme oder Kälte) und Umwelteinflüsse (Feuchte, Nagerlöcher,..)
Bei Spannungen von 500 oder 1000 V werden Punktmessungen durchgeführt, um lediglich festzustellen, ob die Isolierung in gutem Zustand ist. Oberhalb von 1 kV wird dagegen ein anderes Verfahren angewendet, mit einer über den gesamten Widerstandsbereich stabilen Spannung und verbesserter Empfindlichkeit.
Im Programm der vorbeugenden Instandhaltung sind Diagnoseprüfungen der Isolierung unverzichtbar, um Ausfälle elektrischer Betriebsmittel vorherzusagen und zu verhindern. Der Einsatz dieser Geräte beschränkt sich nicht auf gealterte Betriebsmittel: Er erlaubt es, das Prüfobjekt an jeder Stelle seiner Alterungskurve genau einzuordnen.
Wie wird der Isolationswiderstand gemessen?
Die Isolationsmessgeräte von Amperis sind Ohmmeter für hohe Widerstandsbereiche mit integriertem Gleichspannungsgenerator: tragbare Geräte, die den Isolationswiderstand direkt anzeigen. Bei einer Isolierung in gutem Zustand liegt der Widerstand im Bereich von Megaohm oder darüber.
Wird eine Prüfspannung an einen Abschnitt der Isolierung angelegt, der resultierende Strom gemessen und das Ohmsche Gesetz (R = E / I) angewendet, so lässt sich der Isolationswiderstand berechnen; fließt jedoch mehr als ein Strom, wird die Auswertung komplizierter. Zu berücksichtigen sind: der kapazitive Ladestrom (kurzzeitig hoher Strom), der Absorptions- oder Polarisationsstrom (aus 3 Komponenten, die innerhalb einiger Minuten auf null abfallen), der Oberflächen-Ableitstrom (durch Feuchte oder salzhaltige Verunreinigung der Isolationsoberfläche) und der Leitungsstrom (stabil, durch die Isolierung hindurch). Der Gesamtstrom ist die Summe dieser Komponenten, und genau ihn messen die Isolationsmessgeräte von Amperis .
Der erste Schritt jeder Isolationsprüfung besteht darin, sicherzustellen, dass die Isolierung vollständig entladen ist.
Je mehr das Bedienpersonal bei Isolationsprüfungen über die Ergebnisse weiß — während und nach der Prüfung —, desto besser fällt die Entscheidung darüber aus, wie ein Problem behoben wird. Geräte von Amperis werden zur Messung des Isolationswiderstands eingesetzt: an geschirmten Energiekabeln, an Isolatoren von Leistungsschaltern oder an Durchführungen, an Leistungstransformatoren, an Wechselstromgeneratoren ...
Anhand der Belastungskennlinie, die den Verlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit vom Lastwiderstand angibt, lässt sich sicherstellen, dass im interessierenden Widerstandsbereich eine ausreichende Spannung anliegt. Die Isolationsmessgeräte von Amperis sind Ohmmeter für hohe Widerstandsbereiche mit integriertem Gleichspannungsgenerator, die den Isolationswiderstand direkt anzeigen. Bei einer Isolierung in gutem Zustand liegt der Widerstand im Bereich von Megaohm oder darüber. Die Spannung wird auf dem Widerstandsniveau gehalten, das einer Isolierung in gutem Zustand entspricht. Eine kurze Anstiegszeit sichert eine wirksame Messung.
Guard-Anschluss
Der Guard-Anschluss muss leistungsfähig sein (in der Lage, die Wirkung von Oberflächen- oder unerwünschten Ableitströmen wirksam zu unterdrücken) und gut geschützt sein (gegen versehentliches Anlegen von Spannung oder gegen Transienten nach IEC 61010); deshalb ist er ein wichtiger Bestandteil eines Geräts für Isolationsprüfungen > 1 kV.
Die von Amperis angebotenen Geräte verfügen über einen Guard-Anschluss, mit dem sich das gesamte Spektrum der aus Isolationsprüfungen gewinnbaren Informationen erschließen lässt. Daraus folgt die Bedeutung des Guard-Anschlusses: je besser seine Wirkung, desto höher die Genauigkeit der Isolationswiderstandsmessung. Zu bedenken ist, dass eine wirksame vorbeugende Instandhaltung mit früher Fehlererkennung von den Prüfergebnissen abhängt. So kann der Anwender rasch erkennen, ob ein Oberflächen-Ableitstrom vorliegt und wie groß er ist: Dazu sind lediglich 2 Prüfungen erforderlich, eine mit und eine ohne Guard-Anschluss.
Isolationsprüfungen mit hoher Spannung sind ein wesentliches Werkzeug der Fehlerdiagnose und der Zustandsüberwachung. Der Einsatz des Guard-Anschlusses darf daher die Genauigkeit des Geräts nicht beeinträchtigen, denn das Gerät muss nicht nur den für die Isolationsprüfung erforderlichen Strom liefern, sondern auch den abgeleiteten Strom über den Guard-Anschluss.
Das Bild zeigt das Isolationswiderstandsmessgerät AMIC-5010, eines der von unseren Kunden am besten bewerteten Geräte.
Isolationswiderstandsmessgerät AMIC-5010
Auswertung der Ergebnisse
Eines der wichtigsten Merkmale eines Geräts für Isolationsprüfungen ist der Messbereich, den es abdecken kann.
Aussagekräftig ist der Verlauf der Messwerte über einen längeren Zeitraum: Er zeigt eine Abnahme des Widerstands und weist auf künftige Probleme hin.
- Bei einer Isolierung in gutem Zustand ist der Ableit- oder Leitungsstrom schwach, und die Messung wird stark vom kapazitiven Ladestrom und vom dielektrischen Absorptionsstrom beeinflusst. Der gemessene Isolationswiderstand steigt während der Anlegedauer der Prüfspannung an, weil diese Übergangsströme abnehmen.
- Bei einer mangelhaften Isolierung (gealtert, verschmutzt und feucht) ist der Ableitstrom konstant und sehr hoch; er übersteigt zudem den kapazitiven Ladestrom und den dielektrischen Absorptionsstrom. Der gemessene Isolationswiderstand erreicht in diesem Fall daher sehr schnell einen konstanten, stabilen Wert.
Aus den Änderungen des Isolationswerts in Abhängigkeit von der Anlegedauer der Prüfspannung wird somit die Güte der Isolierung bestimmt. Im Rahmen des Programms der vorbeugenden Instandhaltung wird empfohlen, die Aufzeichnungen der regelmäßigen Prüfungen aufzubewahren.
Die Messung des Isolationswiderstands beruht auf dem Ohmschen Gesetz. Wird eine Gleichspannung bekannter Höhe angelegt (kleiner als die Spannung der dielektrischen Prüfung) und anschließend der fließende Strom gemessen, so ergibt sich der Widerstand ohne Weiteres. Der Widerstand der Isolierung ist sehr hoch: Aus der Messung des schwachen fließenden Stroms zeigt das Megaohmmeter daher den Wert des Isolationswiderstands an. Dieser Widerstand gibt die Güte der Isolierung und mögliche Risiken durch Ableitströme wieder; der Wert kann von Temperatur und Feuchte beeinflusst werden (diese 2 Faktoren lassen den Isolationswiderstand schwanken. Im Idealfall wird bei einer Referenztemperatur oberhalb des Taupunkts gemessen, andernfalls verfälscht die Feuchte das Ergebnis).
Der im Körper des Isolators fließende Strom ist die Summe von 3 Komponenten:
- Kapazitiver Ladestrom: Übergangsstrom, der der Kapazität der geprüften Isolierung entspricht; am Anfang hoch und vernachlässigbar, sobald der geprüfte Kreis elektrisch aufgeladen ist.
- Absorptionsstrom: Energiebeitrag zur Neuausrichtung der Moleküle des Isolierstoffs, nimmt wesentlich langsamer ab.
- Ableit- oder Leitungsstrom: der Strom, der die Güte der Isolierung anzeigt; er ist zeitlich stabil.
Der gesamte Strom, der durch die geprüfte Isolierung fließt, ändert sich über die Zeit.
Diagnoseprüfungen der Isolierung
- Punkt- oder Kurzzeitmessung: das einfachste Verfahren. Die Prüfspannung wird weniger als 1 Minute angelegt, und der Isolationswiderstand wird in diesem Augenblick notiert. Das Ergebnis wird stark von Temperatur und Feuchte beeinflusst. Mit diesem Verfahren wird der Verlauf über die Zeit ausgewertet, der die Entwicklung der Isolationseigenschaften von Anlage und Betriebsmitteln besser wiedergibt; so lässt sich eine zutreffende Diagnose stellen und der Messwert mit den Mindestangaben für die Anlage vergleichen.
- Verfahren auf Basis der Anlegedauer der Prüfspannung: Diagnoseprüfung mit aufeinanderfolgenden Messwerten in festgelegten Zeitabständen, um die Kurve einer einwandfreien mit der einer verunreinigten Isolierung zu vergleichen (nahezu kein Einfluss der Temperatur). Empfohlen werden sie für die vorbeugende Instandhaltung rotierender Maschinen und die Kontrolle ihrer Isolierungen.
- Polarisationsindex: Er besteht aus 2 Messungen, nach 1 und nach 10 Minuten. Wird der Isolationswiderstand nach 10 Minuten durch den nach 1 Minute geteilt, ergibt sich der Polarisationsindex. Die Empfehlung IEEE 43-2000 „Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery“ legt fest, dass ein PI von mehr als 4 auf eine Isolierung in gutem Zustand hinweist, ein PI von weniger als 2 dagegen auf ein Problem.
- Dielektrisches Absorptionsverhältnis (DAR): Es entspricht dem PI, jedoch mit dem Isolationswiderstand nach 60 Sekunden geteilt durch den nach 30 Sekunden. Ist das DAR größer als 1,6, ist der Zustand der Isolierung ausgezeichnet; ist es kleiner als 1,25, ist er ungenügend.
- Methode auf Basis der Änderung der Prüfspannung (Stufenmessung): Zeitbasierte Messungen wie die bereits beschriebenen PI und DAR können Verunreinigungen (Staub, Schmutz) oder Feuchte auf der Oberfläche der Isolierstoffe aufdecken. Die Stufenprüfung wird durchgeführt, indem die maximale angelegte Spannung in 5 gleiche Stufen aufgeteilt wird; die Ergebnisse sind unabhängig von der Art der Isolierung und von der Temperatur.
- Entladeprüfverfahren (DD): Die Prüfung des Reabsorptionsstroms wird durchgeführt, indem der Strom während der Entladung des Dielektrikums des Prüfobjekts gemessen wird. Der Wert ergibt sich, indem der Strom durch das Produkt aus Prüfspannung und Gesamtkapazität geteilt wird. Ist der DD-Wert größer als 7, ist die Güte der Isolierung schlecht; ist er kleiner als 2, ist sie gut. Dieses Verfahren ist temperaturabhängig.
Die Isolationsmessgeräte von Amperis erfüllen die Prüfempfehlungen der Normen IEEE
Weitere Informationen:
Isolationswiderstandsmessgeräte