Isolationsmessgerät

Elektrische Geräte besitzen Isolierungen, die dafür sorgen, dass die elektrischen Ströme in die gewünschten Richtungen fließen. Die Isolierungen verhindern zudem, dass Benutzer der Geräte mit elektrischen Spannungen in Berührung kommen und dadurch Schaden nehmen können. Da die Isolation durch äußere Einflüsse und Alterung beeinträchtigt wird, ist es für die Betriebssicherheit von elektrischen Geräten wichtig, diese regelmäßig mit Hilfe von Isolationsmessgeräten zu überprüfen. Bei diesen Messungen werden die Isolationswiderstände bestimmt und Abweichungen festgestellt. Sourcetronic hält eine große Auswahl an Isolationsmessgeräten für verschiedene Einsatzgebiete und mit unterschiedlichen technischen Leistungsmerkmalen verfügbar.

Wofür werden Isolationsmessgeräte benötigt?

Isolationsmessgeräte können die Güte der Isolation bestimmen und dadurch deren Alterungszustand, Sicherheit und Fehlerfreiheit erkennen. Für viele elektrotechnische Betriebsmittel, Geräte und Maschinen sind Isolationsmessungen gesetzlich vorgeschrieben und in Normen und Standards genau definiert.
Wichtiger Grund für die regelmäßige Überprüfung der Isolierung ist das mögliche Nachlassen der Isolierqualität. Denn die isolierenden Materialien sind äußeren Einflüssen ausgesetzt und der Alterung unterworfen. Dadurch können sie ihren hohen elektrischen Widerstand verlieren und Fehler- oder Leckströme zulassen. Dies kann zu Unfällen, Schäden an Maschinen und teuren Produktionsausfällen führen.
Isolationsmessgeräte werden deshalb oft direkt bei der Inbetriebnahme von neuen oder reparierten Geräten und Anlagen eingesetzt. Zudem ist deren regelmäßige Nutzung auch während des Betriebs sinnvoll, um alternde Isolierungen zu erkennen und vorbeugende Maßnahmen einleiten zu können. Oftmals sind diese Messungen sogar gesetzlich vorgeschrieben.
Isolationsmessgeräte finden auch bei der Reparatur und der systematischen Fehlersuche elektrischer Betriebsmittel Anwendung. Je nach Anwendungsgebiet sind sie für den mobilen Einsatz vor Ort oder die stationäre Verwendung in einer Werkstatt oder in einem Labor konzipiert.

Mögliche Gründe für die Verschlechterung von Isolierungen

Die Ursachen für die Verschlechterung von Isolierungen sind vielfältig. Grundsätzlich kann zwischen fünf verschiedenen Gründen unterschieden werden. Oftmals sind die Isolationsmaterialien von mehreren dieser Ursachen gleichzeitig beeinflusst. Folgende fünf Ursachen führen häufig zu Problemen an elektrischen Isolierungen:

  • Mechanische Beanspruchungen: Diese Belastungen entstehen durch Vibrationen, Stöße oder Quetschungen. Auch das Abknicken von Kabeln und häufiges Ein- und Ausschalten führt zu mechanischen Belastungen.
  • Umweltbeeinflussungen: Feuchtigkeit, Schmutz und durch feuchtwarme Umgebungen verursachte Schimmelbildung haben negativen Einfluss auf die isolierenden Eigenschaften.
  • Chemische Einflüsse: Fette, Öle, Basen, Säuren oder ätzende Dämpfe können Isolationsmaterialien angreifen und zerstören.
  • Elektrische Einflüsse: auch durch die elektrischen Ströme und Spannungen selbst werden Isolationen beeinträchtigt. Vor allem Überspannungen wirken sich sehr negativ aus.
  • Veränderliche Temperaturen: durch Temperaturschwankungen ziehen sich Isolationsmaterialien zusammen oder dehnen sich aus. Dies führt gemeinsam mit einem langen Betrieb bei hohen Temperaturen zu einer schnelleren Alterung.

Grundsätzliches Prinzip der Isolationsmessung

Bei der Isolationsmessung handelt es sich im Gegensatz zur Durchschlagsspannungsprüfung um eine zerstörungsfreie Messmethode. An das zu prüfende Objekt wird eine Gleichspannung, die sehr viel niedriger als die Durchschlagsspannung ist, angelegt und der fließende Strom gemessen. Das Ergebnis hält das Messgerät in einem Widerstandswert von Kilo-, Mega-, Giga- oder Teraohm fest. Deshalb werden diese Messgeräte oft auch als Megaohmmeter bezeichnet.
Der gemessene Widerstand ist ein Maß für die Isolation des elektrischen Betriebsmittels. Werden Messungen in zeitlichen Abständen durchgeführt, können über die veränderten Widerstandswerte Rückschlüsse über die Alterung der Isolation gewonnen werden.
Wichtig ist es bei den Messungen die äußeren Faktoren, die die Ergebnisse beeinflussen, zu berücksichtigen. Dazu gehören unter anderem die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur.

Die verschiedenen Messverfahren

Bei der Isolationsmessung kommen je nach Anwendung und Gerät verschiedene Messverfahren zum Einsatz.

Die einfachste Messmethode ist die punktuelle Kurzzeitmessung. Hierbei wird die Prüfspannung nur für eine kurze Zeit (bis zu etwa einer Minute) an das Prüfobjekt angelegt und der Widerstand bestimmt. Das Ergebnis lässt Rückschlüsse auf die Isolation zu und kann zur Kontrolle der Einhaltung von Mindestwerten herangezogen werden. Das Messergebnis muss allerdings unter Berücksichtigung der Feuchtigkeit und Temperatur auf einen Standardwert umgerechnet werden.

Wird die Entwicklung des Isolationswiderstands über einen langen Zeitraum aufgezeichnet und zu verschieden Zeitpunkten ausgewertet, liefert dies Rückschlüsse über die Qualität der Isolierung, ohne dass punktuelle Messungen miteinander verglichen werden müssen. Zudem bietet diese Messmethode den Vorteil, dass keine Umrechnung auf eine Referenztemperatur erfolgen muss, wenn die Temperatur des Prüfobjekts bei den Messungen sich nicht zu stark verändert. Optimal ist diese Messmethode für die proaktive Überwachung und vorbeugende Wartung von elektrischen Anlagen einsetzbar. Werden plötzliche starke Veränderungen der Messwerte festgestellt, ist dies in der Regel ein eindeutiges Indiz für ein Isolationsproblem.

Bei der Rampenmessmethode wird die am Messobjekt anliegende Prüfspannung stufenweise erhöht. Durch höhere Prüfspannungen ist es möglich, Beschädigungen zu entdecken, die mit Spannungen weit unter der Durchschlagsspannung nicht aufzuspüren sind. Die erhöhten Spannungen führen an Schwachstellen oder mechanischen Beschädigungen der Isolation zu Durchschlägen. Zu erkennen ist dies an einem stark sinkenden Isolationswiderstand oder an schwankenden Messergebnissen. Üblicherweise nutzt dieses Messverfahren Spannungsstufen im Verhältnis eins zu fünf. Wichtig ist, dass die verschiedenen Spannungen jeweils gleichlang (etwa eine Minute) anliegen und die höchste Spannungsstufe deutlich unter der Spannungsfestigkeit des elektrischen Geräts liegt. Da bei dem Ergebnis nicht der absolute Messwert zählt, sondern das Verhältnis der Widerstände bei verschiedenen Prüfspannungen ausschlaggebend ist, ist das Messverfahren unabhängig von der Temperatur oder von der Art der Isolierung. Ein Absinken des Isolationswiderstands von einer Spannungsstufe auf die nächste höhere von mehr als 25 Prozent ist ein deutliches Anzeichen für ein Isolationsproblem.

Die Auswahl eines passenden Isolationsmessgeräts

Um bei der riesigen Auswahl an verschiedenen Isolationsmessgeräten das für die gewünschte Anwendung passende Gerät zu finden, gilt es sich im Vorfeld über die wichtigsten Leistungsmerkmale zu informieren.

Entscheidendes Kriterium für die Auswahl ist unter anderem die benötigte maximale Prüfspannung. Je nach elektrischem Gerät und der verwendeten Messmethode werden unterschiedliche maximale Prüfspannungen benötigt. Abhängig von der Betriebsspannung im Kabel der jeweiligen elektrischen Anlage werden üblicherweise folgende Prüfspannungen vorausgesetzt:

  • 24 bis 50V: Prüfspannung 50 bis 100VDC
  • 50 bis 100V: Prüfspannung 100 bis 250VDC
  • 100 bis 240V: Prüfspannung 250 bis 500VDC
  • 440 bis 550V:Prüfspannung 500 bis 1.000VDC
  • 2.400V: Prüfspannung 1.000 bis 2.500VDC
  • 4.100V: Prüfspannung 1.000 bis 5.000VDC
  • usw.

Wichtiges Leistungsmerkmal eines Isolationsmessgeräts ist der mit dem Gerät maximal messbare Isolationswiderstand. Dieser kann abhängig vom Prüfobjekt variieren und Werte zwischen Kiloohm und Teraohm betragen. Das eingesetzte Messgerät muss daher für den zu bestimmenden Messwert geeignet sein.

Selbstverständlich soll das Messgerät auch die bevorzugten Messverfahren bei der Isolationsmessung unterstützen. Die Auswahl reicht von einfachen Geräten zur punktuellen Messung bis hin zu Messgeräten für zeitliche Messverfahren oder Rampenmessungen mit intelligenten Aufzeichnungs- und Auswertungsmethoden.

Ist das Isolationsmessgerät überwiegend mobil im Einsatz, sollte es kompakt und leicht zu transportieren konstruiert sein. Zudem ist in diesem Fall unter bestimmten Bedingungen auf die Möglichkeit einer mobilen Stromversorgung mit Batterie oder Akku zu achten. Stationäre Messgeräte hingegen sollten sich möglichst gut in die Labor- oder Werkstattumgebung integrieren lassen.

Um die ermittelten Messwerte nachträglich auszuwerten, können interne Speichermöglichkeiten im Gerät selbst oder die Übertragung auf externe Geräte mittels gängiger Schnittstellen zum Einsatz kommen. Sinnvoll sind in diesem Zusammenhang integrierte Displays mit grafischen Analysefunktionen.

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