02.03.22

Isolationsmessung am Trafo

Isolationsprüfung und Isolationsmessung

Isolationsprüfung

Warum messen wir die Isolation?

Die Prüfung der Isolation zeigt Isolierungsfehler auf, die durch Verschmutzung, Feuchtigkeit oder Verschleiß des Isoliermaterials hervorgerufen werden können. Sie dient zur Überprüfung des aktuellen Zustandes der Isolierung bei Inbetriebnahme und Wartung sowie der technischen Diagnose

Was ist bei der Isolationsprüfung zu beachten?

Isolationsprüfung kann gefährlich sein und sollte deswegen nur von entsprechend geschulten Personal durchgeführt werden. Eine Isolationsprüfung stellt stets eine große elektrische Belastung für das zu prüfende System und dessen Isolation dar.

Prüfen der Isolation nach DIN VDE 0100

Die Anforderungen an die Isolierung von elektrischen Anlagen werden in der Norm DIN VDE 0100 geregelt.
Der Isolationswiderstand ist wie folgt zu messen:
  • zwischen jedem aktiven Leiter und Erde
  • in Leitungsabständen von jeweils 100 m bei normal angeschlossenen Verbrauchern
  • zwischen allen aktiven Leitern gemeinsam und Erde
  • die geforderte Prüfspannung (250, 500 oder 1000 VDC) wird zwischen den aktiven Leitern und Erde angelegt
Hinweis: je nach Anwendung können auch andere Prüfspannungen vorgeschrieben sein: 50 V, 100 V für Telefonanlagen und Kleinspannungen, 2500 V / 5000 V für Mittelspannungsanlagen (Eisenbahn, Industrie, EVU usw…)

Grenzwerte nach DIN VDE 0100:

Nennspannung des Stromkreises Prüfgleichspannung Mindestwerte der Isolation
SELV und PELV 250V ≥ 0,5MΩ
Bis 500V sowie FELV 500V ≥ 1,0MΩ
Über 500V 1000V ≥ 1,0MΩ

Die oben genannten Grenzwerte dürfen nicht unterschritten werden. Die Megaohm-Regel kann trotzdem hilfreich sein und ist zu empfehlen: Je 1 kV Betriebsspannung sollte je 1 MΩ Isolationswiderstand gemessen werden

Wichtig:
Betriebsmittel oder Schutzeinrichtungen können aufgrund hoher Prüfspannungen beschädigt werden, deshalb ist es empfehlenswert Diese vom Stromkreis während der Prüfung zu trennen. Wo dies nicht möglich ist, kann teilweise die Prüfspannung abgesenkt werden, der Isolationswiderstand darf dabei aber nicht 1MΩ unterschreiten.

Tipp:
Eine separate Messung aller aktiven Leiter gegen PE ist zwar aufwändiger, bringt aber mehr Erkenntnisse bei der Wartung und Diagnose. Kapazitive Aufladungen des Prüflings während der Messung müssen berücksichtigt und nach der Messung entladen werden. Eine Messung der aktiven Leiter untereinander ist ebenfalls empfehlenswert.

Messgeräte für die Isolationsprüfung nach DIN VDE 0100

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Artikel-Nr.: MI3155ST
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Prüfen der Isolation nach DIN VDE 0701-0702

Bei der Isolationsprüfung von ortsveränderlichen Geräten muss der Prüfling eingeschaltet sein, damit sicher ist, dass alle Isolierungen, welche durch Netzspannung beansprucht sind auch erfasst werden. Bei Geräten mit netzspannungsabhängigen Schaltern kann der Isolationswiderstand nur bis zu diesen gemessen werden.

Grenzwerte nach DIN VDE 0701-0702:

Schutzklasse Mindestwerte der Isolation
SK I ≥ 1,0MΩ
SK I mit Heizelement ≥ 0,3MΩ
SK II ≥ 2,0MΩ

Wichtig:
Sind bei einem Prüfling nicht alle Metallteile mit dem Schutzleiter verbunden, muss an diesem Metallteil eine separate Berührungsstrommessung erfolgen.

Messgeräte für die Isolationsprüfung nach DIN VDE 0701-0702

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Gerätetester VDE0701-0702, EN62353, EN60974-4
Artikel-Nr.: M707B
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Technische Begriffe

AC- und DC-Isolationsprüfung

Die AC-Spannungsprüfung ist geeigneter für Prüfungen der Isolationsspannung und dielektrischen Spannung. Die DC-Prüfung bildet die Qualität der geprüften Isolierung besser ab.

Guard-Schaltung

Bei der Messung von großen Isolationswiderständen (> 1 GΩ) sollte die Guard-Schaltung verwendet werden. Ein geeignetes Messgerät muss dafür verwendet werden, welches eine Guard-Buchse besitzt. Die Guard-Schaltung dient dazu Leckstrom-, Kriechstrom- oder Kapazitäts-Effekte, die Einfluss auf das Messergebnis haben könnten, auszuschließen. Die Guard-Leitung ist an eine Oberfläche (z.B. Isoliermantel eines Kabels) anzuschließen von der staub- oder feuchtigkeitsbedingte Oberflächen-Kriechströme ausgehen könnten.

Isolationsmessung mit der Guard-Schaltung
Zeitdiagramm von DAR und PI bei der Isolationsprüfung

DAR und PI

Bei einer unzureichenden Isolierung wird der Absorbtionsstrom durch den hohen Isolierungs-Ableitstrom überdeckt. Der Ableitstrom der Isolierung verbleibt auf einem recht konstanten Wert und der Widerstand bleibt somit auch gering, währenddessen der Widerstand einer intakten Isolierung über einen bestimmten Zeitraum stetig ansteigt.

Der Polarisationsindex (PI) ist nun das Verhältnis der gemessenen Widerstände nach einer Minute und nach 10 Minuten. Das Ergebnis dieser Messung ist temperaturunabhängig, außerdem kann somit eine Beurteilung der Isolation erfolgen ohne Kenntnis von früheren Prüfungen.

PI= (R(10 min))/(R(1 min))

PI-Wert Qualität der Isolierung
1 – 1,5 Nicht akzeptabel
2 – 4 Als gut erachtet
4 oder höher Gute Isolierung
Der dielektrische Absorbtionswert (DAR) ist ähnlich dem Polarisationsindex. Er gibt jedoch das Verhältnis der Widerstandswerte von einer Minute und 30 Sekunden (oder 15 Sekunden) an.

DAR= (R(1 min⁡))/(R(15 s oder 30 s))

DAR-Wert Qualität der Isolierung
< 1 Schlecht
1 ≤ DAR ≤ 1,25 Akzeptabel
> 1,4 Sehr gut

Stufenspannungsprüfung

 Wenn eine Prüfung mit der nominellen Prüfspannung des Prüflings nicht möglich ist, weil z.B. das Messgerät die erforderliche Spannung nicht liefern kann, bietet die Stufenspannungsprüfung eine gute Abhilfe. So erhöht man schrittweise in gewissen Zeitabständen die Prüfspannung und misst den Isolationswiderstand. Wenn dieser bei höher werdender Spannung kleiner wird, dann ist die Isolierung wahrscheinlich beschädigt.

Zeitdiagramm von Stufenspannungsmessung
Zeitdiagramm vonHochspannungsprüfung

Hochspannungsprüfung

 Bei der Hochspannungsprüfung steigt die Prüfspannung von einem Startwert stetig an bis zu einem vordefinierten Maximalwert. Dieser wird dann noch eine gewisse Zeit gehalten. Wenn während der gesamten Prüfung kein Durschlag erfolgt gilt diese als bestanden. Ein Durschlag ist zu erkennen an einem plötzlichen Abfall des Stromes durch die Isolierung bzw. ein plötzlicher Abfall des Isolationswiderstandes.

DD 

 Die dielektrische Entladung (DD) ist eine Prüfung für Isolationen, welche aus mehreren Lagen bestehen. Fehler in einzelnen Schichten der Isolation lassen sich nicht mithilfe der quantitativen Widerstandsmessung bzw. der Berechnung des PI oder DAR bestimmen. Bei der DD-Prüfung misst man die dielektrische Absorption einer mehrlagigen Isolation. Das Prüfobjekt wird dazu lange genug an die Prüfspannung angelegt, damit die Isolation elektrisch aufgeladen wird (üblicherweise 500V über 30min). Danach wird der Prüfling schnell entladen und die Kapazität dabei gemessen. Nach einer weiteren Minute wird der durch den Isolator fließende Reststrom gemessen. Die Messung mithilfe der dielektrischen Absorption ist besonders geeignet für die Isolationsprüfung an Motoren und Antrieben, sowie Motoren und Anlagen mit heterogenen oder mehrlagigen Isolationswerkstoffen aus organischen Material.

DD=(I(nach 1 min⁡)/(mA))/(U_Prüf/(V)×C_gemessen/(F)))

DD-Wert Qualität der Isolierung
> 7 Sehr schlecht
7 > DD > 4 Schlecht
4 > DD > 2 Kritisch
< 2 Gut
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Quellenangabe:
Megger GmbH: Messbuch, nach DIN VDE 0100 und DIN VDE 0701-0702; 2. Auflage 2017
Megger GmbH: Prüftechnik für die Elektrowirtschaft; ©2012/V01
Metrel GmbH: Gesamtkatalog 2018
Chauvin Arnoux GmbH: CAT S2 623 Ed1; 12/17