Isolationsmesstechnik seit 127 Jahren

Der berühmte Kurbelinduktor von Megger ist noch heute vielen Elektrotechnikern ein Begriff. Und noch heute sind Isolationsmessgeräte das Aushängeschild von Megger. Allerdings ist heute der Begriff »Isolations-Diagnose« sehr viel treffender als »Isolations-Messung«.

Genaue Informationen über die Qualität im Inneren von komplexen elektrischen Anlagen sind sehr wertvoll für den Betreiber. Doch noch immer geben sich zu viele mit vagen Angaben wie »gut« oder »schlecht« zufrieden. Dabei hat sich die Technologie von der bloßen Messung zur präzisen Diagnose weiterentwickelt. Heutzutage sind sehr viel genauere Aussagen über die Qualität der Isolation möglich. Diese kann durch mechanische, elektrische, chemische Belastungen oder durch Hitze beeinträchtigt werden. Als Erfinder der Isolationsmessung hat Megger seinen Vorsprung als Pionier auf diesem Gebiet bis heute gehalten und sogar weiter ausgebaut. Mit ausgereiften DC-Diagnosen kommt man heute sogar der Art des Fehlers auf die Spur. Das ermöglicht wertvolle Informationen über den Status Quo und die Zukunft der elektrischen Anlage. Gründliche Diagnosen bieten heute ein hohes Maß an Planungssicherheit.

Wiederholbare Messergebnisse sind das entscheidende Kriterium
Voraussetzung für zuverlässige Diagnosen sind allerdings Messergebnisse, die bei allen Widerholungsprüfungen exakt identische Widerstandswerte liefern. Und genau hier trennt sich die Spreu vom Weizen, denn das ist bei vielen Herstellern durchaus nicht selbstverständlich. Megger gelingt es, dass das zweite, dritte und auch das fünfte Messergebnis stets einen identischen Messwert hat. Nur so ist auch gewährleistet, dass bei allen folgenden Diagnose-Methoden richtige Widerstandmessungen zugrunde gelegt werden können.

Punktuelle IsolatBei der klassischen Einpunktmessung wird für ca. 60 Sekunden eine DC-Prüfspannung angelegt. (Foto: Megger)ionswiderstandsmessung IR
Beginnen wir bei der einfachsten, der punktuellen Isolationswiderstandsmessung IR. Für ca. 60 Sekunden wird eine DC-Prüfspannung angelegt. In Abbildung 1 sieht man eine Zeit/Widerstandskurve. Entsprechend der Abbildung 1 kann man das Ergebnis der Prüfung in der Regel nicht als absoluten Wert für den Isolationswiderstand betrachten. Der Messwert wäre zum einen kleiner, wenn der Messwert früher erfasst worden, und zum anderen größer, wenn er später erfasst worden wäre. Feuchtigkeit und Temperatur können die Prüfergebnisse erheblich beeinflussen!

Durch periodische Punktmessungen und durch den Vergleich dieser Ergebnisse sind bereits erste Trends sichtbar. (Foto: Megger)Die Tendenz-Punktmessung
Durch periodische Punktmessungen und durch den Vergleich dieser Ergebnisse sind bereits erste Trends sichtbar. Erkennt man einen Abwärtstrend, ist das ein zuverlässiges Zeichen für künftige Probleme. Und zwar auch dann, wenn punktuelle Messergebnisse höher sind als der empfohlene, »sichere « Mindestwert. Umgekehrt ist es möglich, dass Messwerte noch ausreichend gut ausfallen, obwohl diese unter dem vorgeschlagenen Mindestwert liegen. Aber nur, wenn sie konstant bleiben. So ein Resultat wird in Abbildung 2 sichtbar. Es zeigt periodische Prüfergebnisse für zwei Prüfobjekte. Die Graphen werden von den Punktmesswerten definiert, die über mehrere Monate mit einem 5-kV-Isolationswiderstandsmessgerät gemessen worden sind.
Der Graph für A zeigt hier einen kontinuierlichen Abwärtstrend. Es wird deutlich, dass bald eine neue Isolierung fällig ist, gleichwohl ist der Isolationswiderstandswert relativ hoch. Der Graph für B zeigt hingegen, dass der Isolationswiderstand deutlich niedriger, aber im Grunde stabil ist. Man erkennt: System B wird langfristig viel geringere Probleme haben als System A. Mit einer singulären Punktmessprüfung wäre man garantiert zu einer gegenteiligen Schlussfolgerung gekommen.

Das Dielektrische Absorptionsverhältnis (DAR)
Da die Ladeströme immer kleiner werden, liefert eine gute Isolation während einer Isolationsprüfung steigende Widerstandsmesswerte. Bei einer schlechten Isolation verbirgt dagegen der Leckstrom die Auswirkungen des Ladestroms. Die Kurve des Isolationswiderstands über die Zeit würde dann entsprechend flacher sein. Dieses unterschiedliche Verhalten liefert die Grundlage für die Messung des Dielektrischen Absorptions-Verhältnisses (DAR).
Es ist eine Schwäche der punktuellen Isolationswiderstandsmessung, dass es bei einigen dielektrischen Materialien Stunden dauern kann, bis das Material polarisiert wird und der Absorptionsstrom auf Null fällt. Es kann mitunter lange dauern, bis eine Punktmessung aussagekräftige Ergebnisse liefern kann. Die DAR-Prüfung löst dieses Problem, denn sie funktioniert durch das Herstellen eines Verhältnisses: Und zwar zwischen den Werten für den Isolationswiderstand eines Prüfobjekts zu zwei vorher festgelegten Zeitpunkten – nach dem Anlegen der Prüfspannung. Diese zwei Zeiten werden vom Anwender eingestellt. 30 bis 60 Sekunden sind dabei typisch. Das Prüfergebnis wird so in etwas mehr als einer Minute erstellt. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Ergebnisse von der Temperatur unabhängig sind. Gute Isolation bringt ein deutlich höheres DAR-Ergebnis als schlechte Isolation.

Der Polarisationsindex (PI)
Die PI-Prüfung ist verDie PI-Prüfung prüft den Isolationswiderstand nach einer Minute und zehn Minuten nach Anlegen der Prüfspannung. (Foto: Megger)gleichbar mit einer DAR-Prüfung, denn sie prüft den Isolationswiderstand nach einer Minute und zehn Minuten nach Anlegen der Prüfspannung. Das PI-Verhältnis ist das Verhältnis dieser Widerstände. Ein Beispiel für diese Ergebnisarten ist in Abbildung 3 ersichtlich. In Tabelle 1 wird eine Anleitung gegeben, um DAR- und PI-Prüfergebnisse richtig zu interpretieren. Dabei ist es jedoch zu beachten, dass die Werte lediglich zur VeranscIn Tabelle 1 wird eine Anleitung gegeben, um DAR- und PI-Prüfungsergebnisse richtig zu interpretieren. (Foto: Megger)haulichung dienen. Tatsächliche Prüfergebnisse werden im Verhältnis zur Anwendung ausgewertet. Wichtig zu wissen: In vielen Fällen, besonders bei Motoren, kann ein PI-Verhältnis von ca. »5« ein Zeichen dafür sein, dass die Isolation in der Wicklung brüchig und trocken ist. Bei einem Motorstart oder bei anderen Stoßbeanspruchungen kann diese also schlagartig ausfallen. Die Wicklung sollte in so einem Fall sofort gereinigt, behandelt und getrocknet werden. Dagegen ist ein PI-Verhältnis zwischen »1« und »2« bei niedriger Kapazität oft noch zufriedenstellend, obwohl es in der Tabelle als fraglich gekennzeichnet wird.

Die Dielektrische Entladung (DD)
Die im Prüfling gespeicheFormel zum Berechnen des DD-Wertes. (Foto: Megger)rte Energie wird am Ende einer konventionellen Isolationsprüfung entladen. Weitere nützliche Informationen über den Zustand der Isolation erhält man durch eine Strommessung während der Entladephase. Grund: Die kapazitive Komponente wird innerhalb der ersten Sekunden entladen. Der Stromfluss steht danach lediglich mit der dielektrischen Resorption in Zusammenhang. Und zwar als Umkehr der dielektrischen Absorption in der Ladephase. Wenn die Isolierungen in Schichten aufgebaut sind, bietet die Messung des Resorptionsstroms besonders wertvolle Hinweise. Der Resorptionsstrom kann ohne die verdekkende Auswirkung anderer Ströme gemessen werden, die ebenfalls in der Ladephase vorhanden sind. Wenn eine Schicht schadhaft ist, wird sie in der Regel einen kleineren Leckstromwiderstand aufweisen, während ihre In Tabelle 2 sieht man das Verhältnis zwischen dem Isolationszustand und dem DD-Wert. (Foto: Megger) Kapazität gleich bleibt. Das kann man nun mit einer DDPrüfung sehen. Nicht jedoch mit den anderen Prüfungen. DD-Prüfergebnisse werden zum einen aus dem Entladestrom gewonnen, der ungefähr eine Minute nach der Entladung fließt, und zum anderen aus der Prüfspannung sowie der Kapazität des Prüflings.

In Tabelle 2 sieht man das Verhältnis zwischen dem Isolationszustand und dem DD-Wert. Zu beachten ist, dass aus dieser Messung erhaltene Ergebnisse stark von der Temperatur abhängen.

Eine steigende Prüfspannung sollte stets zu einem äquivalent steigenden Stromfluss führen. (Foto: Megger)Stufenspannungs-Techniken SV
Eine gute Isolation ist immer ohmsch! Eine steigende Prüfspannung sollte also stets zu einem äquivalent steigenden Stromfluss führen. Entspricht die Änderung dagegen nicht der steigenden Spannung, sondern führt eher zu einem veränderten Widerstand, so ist das ein Indiz für anstehende Probleme. In Abbildung 4 sieht man entsprechende Ergebnisse – einmal für »gute« und einmal für »schlechte« Isolation. Die Überprüfung des Isolationswiderstandes bei wechselnden Prüfspannungen ist folglich eine hervorragende Option, mögliche Beschädigungen wie Nadelstiche oder Risse im Isolationsmaterial zu erkennen. Bei höheren Spannungen tritt nämlich eine Ionisierung an diesen Schwachpunkten ein – und die verringert den Isolationswiderstand!

(Fotos: Megger)

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