Isolationsqualität punktgenau bestimmen und

26
m es s - u nd prüft echni k
IsolatIonsprüfung
www.polyscope.ch
Verschiedene Isolationsprüfmethoden anzuwenden, empfiehlt sich besonders bei betriebswichtigen und kritischen Anlagenteilen
Sechs Prüfmethoden helfen, Schäden aufzu decken
Isolationsqualität punktgenau
bestimmen und vorhersagen
Diagnostische Isolationsprüfung hilft, exakte Prognosen zur Rentabilität von Investitionen in elektrische
Leitungen abzugeben und gleichzeitig teure Schäden und Ausfälle in elektrischen Einrichtungen zu
vermeiden. Die MIT-Reihe von Megger wendet dazu sechs verschiedene Prüfmethoden an, um sehr
präzise Rückschlüsse auf unterschiedliche Schäden im Isolationsmaterial zu ziehen.
Isolationsfehler sind die häufigste Ursache für
Schäden und Ausfälle in elektrischen Einrichtungen. Das Prüfen der Isolationsqualität ist
deshalb elementarer Bestandteil sämtlicher
Wartungsprogramme. Der bisher übliche Vergleich einer Isolationswiderstandsprüfung mit
vorher festgelegten Grenzen kann jedoch nur
ein Gut-/Schlecht-Ergebnis liefern. Aber ist
das Ergebnis «Gut» immer ausreichend? Was
bedeutet das Ergebnis «Schlecht» tatsächlich,
und wo liegen die Ursachen des Problems?
Die Antwort auf diese Fragen bietet eine
wiederkehrende Prüffolge aus unterschiedli-
chen Prüfmethoden. Das regelmässige Prüfen
ist ausserdem die beste Art, um Informationen zu erhalten, mit denen sich Geräteausfälle
und deren Folgen minimieren lassen. Darüber
hinaus erleichtert es die Wartungsplanung
und liefert zuverlässige Hinweise, wenn man
über teure Investitionen entscheiden muss.
Grundlagen der dc-hochspannungsisolationsprüfung
Sobald man eine Spannung an ein Prüfobjekt
anlegt, lässt sich der induzierte Strom messen
und der Widerstand mithilfe des ohmschen
Gesetzes berechnen. Leider ist das in der Praxis nicht ganz so einfach, da der induzierte
Strom in Wirklichkeit aus folgenden Strömen
besteht:
■ Kapazitiver Ladestrom
■ Absorptions-(oder Polarisations-)Strom
■ Oberflächenkriechstrom
■ Kriechstrom
Sobald Spannung anliegt, fällt der kapazitive Ladestrom relativ schnell auf null, während der Absorptionsstrom langsamer fällt,
da die Moleküle des Dielektrikums polarisiert werden. Wenn diese zwei zeitabhängiPolyscope 1-2/15
IsolatIonsprüfung
mess- un d p rüft ec h n ik
gen Komponenten schliesslich auf null sind,
bleiben nur der Kriech- und der Oberflächenkriechstrom. Jetzt kann der Techniker oder
die Ingenieurin mithilfe der Isolationsprüfgeräte die Qualität genau bestimmen und
die Probleme exakt aufzeigen. Sie müssen
dazu nur die Komponenten des Prüfstroms
kennen und die neuen Diagnosetechniken
richtig anwenden.
diagnostische prüfmethoden zum
ermitteln von isolationsfehlern
Die häufigste Isolationsprüfung ist die Kurzzeit- oder Punktmessprüfung. Das Ergebnis
ist hier allerdings auf gut/schlecht beschränkt.
Mittlerweile gibt es jedoch Prüfmethoden, die
nicht nur den gegenwärtigen Zustand der Isolation deutlich besser anzeigen, sondern auch
den künftigen Zustand der Isolation prognostizieren. Die wichtigsten Isolationsprüfmethoden sind:
1. punktmessung
Die Prüfspannung wird für eine festgelegte,
kurze Zeitdauer angelegt – empfohlen werden 60 Sekunden. Abbildung 1 zeigt eine
Zeit/Widerstandskurve. Das Ergebnis der
Prüfung kann man meist nicht als absoluten
Wert für den Isolationswiderstand betrachten. Der gemessene Wert wäre geringer,
wenn der Messwert früher erfasst worden
wäre und grösser bei Erfassung zu einem
späteren Zeitpunkt. Ebenfalls wichtig: Temperatur und Feuchtigkeit beeinflussen die
Prüfergebnisse.
Abbildung 2:
TendenzPunktmessung
Polyscope 1-2/15
Abbildung 1: klassische Einpunktmessung
2. tendenz-punktmessung
Durch periodische Punktmessungen und
den Vergleich dieser Ergebnisse lassen sich
Trends erkennen. Diese bieten eine wesentlich bessere Basis zur Beurteilen des tatsächlichen Isolationszustands als eine singuläre
Prüfung. Ein andauernder Abwärtstrend bei
den Isolationswerten über eine Reihe von
periodischen Prüfungen hinweg ist meist
ein Anzeichen für bevorstehende Probleme;
selbst dann, wenn die einzelnen Ergebnisse höher sind als der vorgeschlagene, «sichere» Mindestwert. Genauso gut kann es
sein, dass periodische Messwerte unter dem
empfohlenen Mindestwert akzeptabel sind –
vorausgesetzt, dass sie gleich bleiben. Diese Schlussfolgerungen sind in Abbildung 2
sichtbar. Diese zeigt in grafischer Form periodische Prüfergebnisse über die Zeit für
27
28
mess- un d p rüft ec h n ik
IsolatIonsprüfung
SENSORS SAFETY RFID
SERIE C12
PLATZ SPAREN,
LEISTUNG BEWAHREN
zwei Prüfobjekte. Prüfmesswerte, die man
über einen Zeitraum von mehreren Monaten
mit einem 5-kV-Isolationsprüfgerät erfasst
hat, bilden die Kurven.
Die Kurve für System A zeigt einen markierten und andauernden Abwärtstrend. Es
ist klar erkennbar, dass bald weitere Investitionen notwendig sein werden, obwohl der gemessene Wert des Isolationswiderstands hoch
ist. Die Kurve für System B zeigt dagegen,
dass der Isolationswiderstand viel niedriger,
aber vergleichsweise stabil ist. System B wird
also viel weniger wahrscheinlich Probleme
erleiden als System A. Einzelne Punktmessprüfung hätten zur gegenteiligen Schlussfolgerung geführt.
3. dielektrisches Absorptionsverhältnis
(dAr)
HAUPTVORTEILE
! Subminiaturgehäuse:
7,7 x 21,8 x 13,5 mm oder
7,7 x 27,5 x 13,5 mm
! Kleiner sichtbarer Lichtfleck durch rote Pinpoint-LED
! Grosse Erfassungsbereiche
! Hintergrundausblendung
bis 120 mm durch 3-Gang
Potentiometer
! Hervorragende Charakteristiken der Hintergrundausblendung
Contrinex Schweiz AG
Tel. 041 752 17 00
[email protected]
www.contrinex.com
Eine gute Isolation liefert während einer Isolationsprüfung Widerstandsmesswerte, die
im Zeitverlauf steigen, da die Ladeströme
verschwinden. Bei einer schlechten Isolation
jedoch wird der Leckstrom die Auswirkungen
des Ladestroms verbergen, und die Kurve des
Isolationswiderstands gegen die Zeit wird viel
flacher sein. Dieser Unterschied im Verhalten
ist die Basis für das Prüfen des dielektrischen
Absorptionsverhältnisses (DAR).
Das DAR-Prüfen umgeht das Problem,
dass es bei bestimmten dielektrischen Materialien einige Stunden dauern kann, bis diese
polarisiert sind. Das Verfahren funktioniert
durch Ableiten eines Verhältnisses zwischen
dem gemessenen Isolationswiderstand des
Prüfobjekts zu zwei vorher festgelegten Zeiten nach Anwendung der Prüfspannung. Der
Anwender stellt die Zeiten ein, typisch sind
30 bis 60 Sekunden. Es bedeutet, dass er das
Prüfergebnis in sehr kurzer Zeit erhält. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ergebnisse dieser Prüfung von der Temperatur
unbeeinflusst sind. Eine gute Isolation ergibt
ein höheres DAR-Ergebnis als schlechte Isolation.
4. polarisationsindex (pi)
Die Polarisationsindex-Prüfung ist im Wesentlichen eine Form des DAR-Prüfens; sie
misst den Isolationswiderstand nach 1 und
10 Minuten nach Anlegen der Prüfspannung.
Das Verhältnis dieser Widerstände ist als PIVerhältnis bekannt. Beispiele für die Ergebnisarten sind in Abbildung 3 dargestellt, eine
Anleitung zur Interpretation der DAR- und
PI-Prüfergebnisse in Tabelle 1. Die gegebenen
Werte dienen nur zur Veranschaulichung,
echte Prüfergebnisse wertet man im Verhältnis zur Anwendung aus.
Es ist auch wichtig, dass in einigen Fällen,
besonders für Motoren, ein PI-Verhältnis von
circa 5 ein Zeichen dafür sein kann, dass die
Abbildung 3: Polarisationsindex: Zeit/
Widerstandskurven
60/30-S DAR
10/1-MINUTE PI
Isolationszustand
–
1,0 bis 1,25
1,4 bis 1,6
> 1,6
<1
1,0 bis 2
2 bis 4
>4
Gefährlich
Fraglich
Gut
Ausgezeichnet
DD-Wert
Isolationszustand
>7
4 bis 7
2 bis 4
<2
Schlecht
Dürftig
Fraglich
OK
Tabelle 1:
Isolationszustand,
durch dielektrische
Absorptionsverhältnisse angezeigt
Tabelle 2: Isolationszustand, durch dielektrische Entladewerte
(DD) angezeigt
Polyscope 1-2/15
IsolatIonsprüfung
m ess- un d p rüf t ec h n ik
29
Industriesteckverbinder
Wicklungsisolation trocken und brüchig ist
und daher beim Motorstart oder unter Stossbeanspruchungsbedingungen ausfallen kann.
In einem solchen Fall sollte man die Wicklung
reinigen, behandeln und trocknen, um ihre
Flexibilität wiederherzustellen. Schliesslich
ist ein PI-Verhältnis zwischen 1 und 2, das in
der Tabelle als fraglich gezeigt wird, für eine
Einrichtung mit sehr niedriger Kapazität üblicherweise zufriedenstellend.
5. dielektrische entladung (dd)
Entladestrom nach einer Minute (nA)
DD-Wert =
Prüfspannung (V) x Kapazität (μF)
Tabelle 2 zeigt das Verhältnis zwischen
DD-Wert und Isolationszustand. Zu beachten
ist, dass die Ergebnisse temperaturabhängig
sind.
6. stufenspannungstechniken
Da gute Isolation ohmsch ist, sollte eine ansteigende Prüfspannung zu einer entsprechenden Zunahme des Stroms führen. Wenn die
Änderung beim Strom jedoch nicht angemessen ist – in anderen Worten, wenn sich die
Polyscope 1-2/15
Abbildung 4: Stufenspannungsergebnisse
Widerstände wie unter dem Einfluss der angelegten Spannung ändern –, zeigt dies wahrscheinlich ein Problem an. Abbildung 4 zeigt
Beispiele von guter und schlechter Isolation.
Durch das Messen des Isolationswiderstands bei verschiedenen Prüfspannungen
kann man Risse und Nadelstiche beim Isolationsmaterial gut erkennen, da bei höheren
Spannungen die Ionisierung an diesen schwachen Punkten eintritt und den Isolationswiderstand wirksam verringert.
fazit
Jede Prüfung gibt etwas andere Informationen über den derzeitigen und künftigen Isolationszustand – alle zusammen bieten genug
Parameter für eine vorausschauende Beurteilung. Die dielektrische Entladungsprüfung ist
besonders für das Erkennen von Fehlern in
einer einzelnen Schicht von Mehrschichtisolationen hilfreich. Der Polarisationsindex ist
beim Aufdecken von Feuchtigkeitseindringung, Öldurchdringung und anderer sich verbreitender Verschmutzung unverzichtbar. Das
Stufenspannungsprüfen macht Probleme wie
Nadelstiche und trockene, brüchige Isolation
in älteren Einrichtungen leicht sichtbar.
Zweifellos besteht deshalb die sicherste
Vorgehensweise beim diagnostischen Isolationsprüfen darin, den gesamten Bereich der
verfügbaren Prüfungen anzuwenden – besonders im Fall von betriebswichtigen und
kritischen Anlagenteilen.
«
Übersicht MIT-Serie: 17_14.51.pdf
Twilock Schnellverschluss-Technik
für einfachstes Handling
und höchste Funktionssicherheit.
• Signal- und Leistungssteckverbinder
• Grössen M16 sowie M23
• 3 – 19 polig, max. 28A / 800V
infoservice
Recom Electronic AG
Samstagernstrasse 45, 8832 Wollerau
Tel. 044 787 10 00, Fax 044 787 10 05
[email protected], www.recom.ch
amakom.ch
Am Ende einer konventionellen Isolationsprüfung wird die Energie entladen, die im Prüfling gespeichert ist. Durch Messen des Stroms
während dieser Entladephase erhält man
weitere nützliche Informationen über den
Zustand der Isolation. Das liegt daran, dass
sich die kapazitiven Komponenten innerhalb
der ersten paar Sekunden entladen und der
Stromfluss nach dieser Zeit nur mit der dielektrischen Resorption zusammenhängt. Letztere
ist die Umkehr der dielektrischen Absorption,
die in der Ladephase stattfand.
Für Isolationen, die in Schichten aufgebaut
sind, ist die Messung des Resorptionsstroms
besonders wertvoll. Dieser lässt sich ohne
die verdeckende Auswirkung der anderen
Ströme messen, die in der Ladephase fliessen.
Wenn eine der Isolationsschichten beschädigt
ist, weist sie normalerweise einen verringerten Leckstromwiderstand auf, ihre Kapazität
bleibt jedoch unverändert. Dies zeigt sich in
den Ergebnissen einer DD-Prüfung, nicht jedoch bei den Ergebnissen der meisten anderen Isolationsprüfarten.
DD-Prüfergebnisse berechnet man aus
dem Entladestrom, der eine Minute nach der
Entladung fliesst, sowie aus der Prüfspannung und der Kapazität des Prüflings. Hier
die Formel:
www.simpex.ch

Download Report